EP0931604A1 - Method and apparatus for manufacturing composite camshafts - Google Patents
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Definitions
- the invention is based, a method and a task Show device for producing a built camshaft, by means of which the operational safety in a simple manner the camshaft in every engine operation is and the camshaft on due to the individual Motor design differently positioned counter bearing can be adjusted.
- the task is according to the invention by the features of the claim 1 regarding the procedure and the features of claim 6 with respect to the device.
- the hollow shaft outer diameter of the undeformed Output shaft largely independent of the bearing diameter be selected, whereby with a suitable choice of the outer diameter the hollow shaft is so large that a sufficient bending stiffness for every engine operating situation the hollow shaft is guaranteed, and at the same time so small is dimensioned that the cam due to a sufficient cam belt thickness still has so much rigidity that it has the joining stresses with the joining high pressure application of the Hollow shaft on the one hand and on the other hand in engine operation take whatever load without suffering damage can.
- the probe 13 consists essentially of a metal rod which a central fluidic with a high-pressure fluid generating system connected pressure fluid guide channel 14. From Pressure fluid guide channel 14 branch axially spaced apart Cross channels 15 and 16, the outlet openings 17 and 18 own in the probe jacket 38. It is conceivable that in the area of Outlet openings 17 and 18 in the probe jacket 38 a circumferential Recess is incorporated, which is an annular pressure chamber open towards the hollow shaft 7. This will make one simultaneous and uniform high pressure application of the respective Widening of the hollow shaft 7 reached, whereby a Uniformity of the expanded point of the hollow shaft 7 achieved becomes.
- the expansion area 19 and the section 21 are each by the sealing arrangement for pairs of sealing bodies forming the hollow shaft in the form of two axially spaced ring seals 24, 25 axially bounded on both sides by the probe 13 and for their mounting in the probe jacket 38 each two circumferential Recording grooves 26 are formed.
- the ring seals 24, 25 are supported radially on the inside 27 of the hollow shaft 7 sealing off.
- the support tool 28 and 29 consists of three jaw-like segments 39, 40, 41, the division joints 42 in contact with the hollow shaft 7 offset by approximately 120 ° to one another are arranged.
- the probe 13 inserted into the hollow shaft 7, the probe 13 with the Outlet openings 17, 18 of the transverse channels 15, 16 of the pressure fluid guide channel 14 exactly to the respective expansion area 19 and the section 21 are axially aligned.
- the hollow shaft 7 can, as already described, through the cam bores 9 the cam 4 are threaded through.
- the cams 4 on a firmly clamped hollow shaft 7 pushed on and positioned there in the intended relative position become.
- the cams 4 are now representative of the game characterized by the gap 30 in Fig. 2 - on the Hollow shaft 7 positioned. Then the support tools 28 or 29 move radially to the hollow shaft 7 until it on it issue.
- the applied to the hollow shaft 7 directly to the Widening area 19 of the hollow shaft 7 adjoining sections 31 of the support tool 28 and 29 are the one to be expanded Bearing 20 spanning section 32 of the tool 28 and 29 are connected to each other.
- Section 32 jumps compared to the contact surfaces 33 of the tool 28 or 29 so far back that he has an annular with the bearing 20 Includes expansion space 34 (Fig. 4a, b).
- the depository 20 facing surface 35 of the spanning section 32 of the Tool 28 can be die-engraved for the expansion Bearing 20 be formed and is then to the best possible flow of material during expansion ensure highly polished (Fig. 3a, b).
- the support tool 28 or 29 is in the position of use rigid, i.e. immovable, arranged and covered in such a way the ring seals 24, 25 that a lifting of the abutting them Hollow shaft material under the high pressure fluid of the ring seals 24, 25 is avoided, what else Loss would result in their sealing effect.
- section 21 and area 19 of the depository 20 can be done simultaneously, but by the in contrast, faster contact of the cam 4 with the hollow shaft 7 to achieve the desired final shape of the bearing 20 on the cams 4 due to the larger expansion axial tensile stresses act, resulting in a reduction in transferable Torques can lead to the cam 4 in engine operation.
- This can in turn be reduced by the fact that due to the Support by the tool 28 or 29, the hollow shaft 7 such is pinched that the hollow shaft material to expand the Bearing 20 not free from the length of the hollow shaft 7 but is obtained only from the area 19, so that the wall thickness the bearing 20 in its final form compared to its original form is reduced.
- the reduced wall thickness of the bearing 20 is their wear resistance and rigidity detrimental.
- the formation of the bearing point can be provided in a favorable manner 20 and the joining process of the cam 4 on the hollow shaft 7 done sequentially, the bearing 20 being formed first becomes.
- a pressure relief valve is in the transverse channel 15 to the cam 4 37 arranged, which blocks the transverse channel 15, if the bearing 20 is subjected to high internal pressure.
- the respective cam 4 is placed on the hollow shaft 7 in a provisional Joint position pushed or takes when threading the hollow shaft 7 in the cams 4 a provisional joining position on.
- the bearing 20 is as desired according to FIG. 4a, b in a simple manner in the form of a bulge 36 by about 1-2 mm expanded. Accordingly, the counter bearing must be formed dome-shaped on the engine, which in turn some Effort means.
- the tool section 32 in the manner of a die engraving can Bearing 20 when expanding after the hollow shaft material has been applied assume a cylindrical shape on the engraving, which simplifies the formation of the counter bearing of the engine will (Fig. 3a, b).
- the section reproduced from a die engraving 32 can also be one of the support tool (28) separate tool shape can be formed.
- the bearing point 20 with a comparatively substantial for expansion printing higher pressure can be calibrated.
- the Shortening of the hollow shaft 7 occurring during the forming Compliance with the distances of the bearing points 20 from each other Provision of material by using a longer hollow shaft 7 or by gradually expanding the individual storage locations 20 can be countered, the cams 4 between the Bearing positions 20 positioned in their final joining position.
- the cross channel 15 is released and section 21 of the Hollow shaft 7 in a second forming process with one opposite the expansion pressure described above for the bearing 20, in particular the internal pressure, which is much lower than the calibration pressure acted upon, with the expansion of the Hollow shaft 7 of the cams 4 to form a press fit it is added.
- the shortening of the hollow shaft 7 in this Second forming is of no importance since the hollow shaft 7 only widens there by about 0.2 mm.
- the hollow shaft 7 becomes the desired camshaft 2, as from Fig. 5 can be seen.
- the pressure fluid is released, the Support tools 28 and 29 removed and the probe 13 from the Camshaft 2 pulled out. Then the clamping is released and removed the finished camshaft 2 for further installation.
Abstract
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von gebauten Nockenwellen und eine Vorrichtung zur Durchführung desselben.The invention relates to a method for producing built Camshafts and a device for performing the same.
Bei herkömmlichen gebauten Nockenwellen darf der nach den Abmaßen der Lagerschalen sich richtende Rohraußendurchmesser nicht ein bestimmtes Maß unterschreiten, damit die Steifigkeit der Nockenwelle insgesamt und die Verschleißfestigkeit der Lagerstellen der Nockenwelle gewährleistet ist. Gleichzeitig entspricht der Rohraußendurchmesser dem Bohrungsdurchmesser des auf die Hohlwelle aufgeschobenen Nockens. Da der Nocken eine vorgegebene definierte Erstreckung in Querrichtung zur Hohlwelle aufweist, um die Betätigung der Gaswechselventile funktionsgerecht auszuführen, wird der Nockengurt, also der Nockenabschnitt, der den sogenannten Grundkreis des Nockens bildet, um so dünner je größer der Rohraußendurchmesser der Hohlwelle ist. Wenn nun der Nockengurt eine gewisse Dicke unterscheitet, kann eine haltbare Fügung des Nockens auf der Hohlwelle bei der Erreichung eines Preßverbundes zwischen Hohlwelle und Nocken nicht mehr erreicht werden, da der Nocken keine genügende Steifigkeit mehr besitzt um die Fügespannung aufzunehmen. Somit ist für die Fertigung der Nockenwelle ein mittlerer Rohraußendurchmesser einzuhalten, bei dem einerseits die Nockenwelle und die Lagerstelle eine ausreichende Steifigkeit aufweist und der Lagerstelle eine genügende Verschleißfestigkeit gegeben ist und andererseits der Nockengurt noch stark genug ist, um die Aufnahmefähigkeit des Nockens für die Fügespannung zu gewährleisten. Dies ist konstruktiv machbar. Allerdings ist das motorische Gegenlager für die Lagerstellen der Nockenwelle, die Lagerschalen, aus Bauraumgründen bei manchen Motoren aufgrund von der spezifischen Bauweise des Motors in einer Position angeordnet, in der die Nockenwelle an seiner Lagerstelle von ihm beabstandet ist. Die Überbrückung der Beabstandung wird, wie aus der EP 0 328 010 A1 beispielsweise ersichtlich ist, in der im übrigen das Fügen der Nocken unter Innenhochdruckbeaufschlagung durch eine in die Hohlwelle eingeführte Lanze erfolgt, in aller Regel durch die Befestigung von Lagerhülsen auf der Nockenwelle an der Position der Lagerstellen erreicht. Die Lagerhülsen haben jedoch zum Nachteil, daß sie zum einen ein eigenständiges Bauteil sind und damit einer gesonderten Herstellung bedürfen. Außerdem sind sie in aufwendiger und in erheblichem Maße kostensteigernder Weise zur Erlangung einer qualitativ hochwertigen Oberfläche feinzubearbeiten und auf der Hohlwelle drehfest anzubringen. Zum anderen dürfen die Lagerhülsen bisweilen nur sehr dünn (ca. 1mm) bemessen sein, wodurch eine Haltbarkeit auf der Hohlwelle unter Last im Motorbetrieb praktisch nicht gegeben ist.In the case of conventionally built camshafts, the dimensions may be different the outer diameter of the bearing shells does not fall below a certain level so that the rigidity of the Overall camshaft and the wear resistance of the bearings the camshaft is guaranteed. At the same time the tube outer diameter the bore diameter of the cam pushed onto the hollow shaft. Because the cam is one predefined defined extension in the transverse direction to the hollow shaft has to function the operation of the gas exchange valves the cam belt, i.e. the cam section, which forms the so-called base circle of the cam, um the thinner the larger the tube outer diameter of the hollow shaft. If the cam belt falls below a certain thickness, can achieving a durable joining of the cam on the hollow shaft a press fit between the hollow shaft and the cam can no longer be achieved because the cam does not have sufficient rigidity has more to absorb the joining tension. So is for the production of the camshaft an average pipe outside diameter to be observed, on the one hand the camshaft and the Bearing point has sufficient rigidity and the bearing point there is sufficient wear resistance and on the other hand the cam belt is still strong enough to hold up of the cam to ensure the joining tension. This is constructively feasible. However, this is motor Counter bearing for the bearing points of the camshaft, the bearing shells, for reasons of installation space in some engines due to the specific design of the engine arranged in one position in which the camshaft is spaced from it at its bearing point is. Bridging the spacing will be like EP 0 328 010 A1 can be seen, for example, in which in remaining the joining of the cams under high pressure done by a lance inserted into the hollow shaft, in all Usually by attaching bearing sleeves to the camshaft reached at the position of the bearing points. The bearing sleeves have however, to the disadvantage that it is an independent one Are component and therefore require a separate production. In addition, they are more complex and significantly increase costs Way to obtain a high quality Finishing the surface and turning it on the hollow shaft to attach. On the other hand, the bearing sleeves are sometimes only allowed be very thin (approx. 1mm), which makes it durable the hollow shaft is practically not given under load during engine operation is.
Aus der DE 37 04 092 C1 ist eine gebaute Nockenwelle bekannt, bei der eine Lagerstelle aus der Hohlwelle mittels aufweitendem Innenhochdruckumformen ausgeformt wird. Hierbei wird die Hohlwelle samt den auf dieser zu fügenden Nocken in eine hohle Aufnahmeform eines aus zumindest zwei Matrizen bestehenden Innenhochdruck-Umformwerkzeuges eingebracht und dort positioniert, worauf bei geschlossenem Werkzeug und Anlegen eines fluidischen Innenhochdruckes in der Hohlwelle diese aufgeweitet wird und an Stelle der Nocken mit diesen verpreßt wird. Gleichzeitig werden die Lagerstellen entsprechend dem zu überbrückenden Abstand zum Gegenlager aufgeweitet. Nachteilig ist hierbei die aufwendige Vorrichtung mit einer Presse, die die gesamte Zuhaltekraft für das Innenhochdruckumformwerkzeug bzw. für die projizierte Fläche des Werkstückes aufbringen muß. Des weiteren fließt Material der Hohlwelle beim innenhochdruckbedingten Aufweiten im Bereich der eingelegten Nocken in Richtung der Fugen zwischen Werkzeug und Nocken, wodurch sich entsprechend beidseitig der Stirnseiten des Nockens im Übergang Nockenstirnseite zu Hohlwelle radial nach außen drängende Materialanstauungen in der Hohlwelle ausbilden. Durch diese Anstauungen werden im Nocken Zugspannungsspitzen erzeugt, die zu einem erhöhten Verschleiß der Nockenlaufbahn führen. Außerdem wirkt im Motorbetrieb durch Lastwechsel ein dynamisches Kraftmoment in axialer und radialer Richtung auf die Anstauungen, was zu einem Lockern des Nockens auf der Welle führt. Insgesamt ist das bekannte Verfahren bzw. die Vorrichtung zur Herstellung einer gebauten Nockenwelle aufgrund der vorgenannten Probleme - wenn überhaupt - nur begrenzt in Fahrzeugen einsatztauglich.A built camshaft is known from DE 37 04 092 C1, at which a bearing from the hollow shaft by means of expanding High pressure forming is formed. Here, the hollow shaft together with the cams to be joined on it in a hollow receptacle an internal high-pressure forming tool consisting of at least two dies introduced and positioned there, what with closed tool and applying a fluidic Internal high pressure in the hollow shaft this is expanded and Place the cam with these is pressed. Be at the same time the bearing points according to the distance to be bridged Counter bearing expanded. The disadvantage here is the complex Device with a press that the total locking force for the hydroforming tool or for the projected area of the workpiece. Material also flows the hollow shaft when expanding due to internal high pressure in the area the inserted cams in the direction of the joints between Tool and cam, which accordingly on both sides of the End faces of the cam in the transition from the cam end face to the hollow shaft material jams pushing radially outwards in the Form the hollow shaft. This build-up is in the cam Tension peaks are generated, leading to increased wear the cam track. Also works in engine operation Load change is a dynamic moment of force in axial and radial Direction of the build-up, causing the cam to loosen leads on the wave. Overall, the known method or the device for producing a built camshaft due of the aforementioned problems, if any, only to a limited extent Suitable for use in vehicles.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung einer gebauten Nockenwelle aufzuzeigen, mittels dessen bzw. der in einfacher Weise die Betriebssicherheit der Nockenwelle in jedem Motorbetrieb gewährleistet ist und die Nockenwelle an aufgrund der individuellen Motorbauweise unterschiedlich positionierte Gegenlager beliebig angepaßt werden kann.The invention is based, a method and a task Show device for producing a built camshaft, by means of which the operational safety in a simple manner the camshaft in every engine operation is and the camshaft on due to the individual Motor design differently positioned counter bearing can be adjusted.
Die Aufgabe ist erfindungsgemäß durch die Merkmale des Patentanspruches
1 bezüglich des Verfahrens und durch die Merkmale
des Patentanspruches 6 bezüglich der Vorrichtung gelöst.The task is according to the invention by the features of the claim
1 regarding the procedure and the features
of
Dank der Erfindung kann der Hohlwellenaußendurchmesser der unverformten Ausgangswelle weitgehend unabhängig vom Lagerdurchmesser gewählt werden, wodurch bei geeigneter Wahl des Außendurchmessers der Hohlwelle dieser so groß bemessen ist, daß eine für jede Motorbetriebssituation ausreichende Biegesteifigkeit der Hohlwelle gewährleistet ist, und gleichzeitig so klein bemessen ist, daß der Nocken aufgrund einer genügenden Nockengurtdicke noch soviel Steifigkeit besitzt, daß dieser die Fügespannungen bei der fügenden Innenhochdruckbeaufschlagung der Hohlwelle einerseits und andererseits im Motorbetrieb gleichwelcher Last auch immer ohne Schaden zu erleiden aufnehmen kann. Durch die Unabhängigkeit des Lagerdurchmessers von den Abmaßen der restlichen Ausgangshohlwelle, welcher aufgrund einer gezielten aufweitenden Umformung der Lagerstelle der Hohlwelle mittels über eine lanzenförmige in die Hohlwelle eingebrachte Sonde erzeugten Innenhochdruckes wie gewünscht einstellbar ist, können moderne Motoren nahezu beliebiger Bauweise mit einer einzigen Art von Nockenwellen ausgestattet werden. Dabei muß lediglich die Lagerstelle unterschiedlich ausgeformt werden, was durch die Variabilität der Fertigung durch Innenhochdruckumformen jedoch ohne weiteres erreicht werden kann. Die Nockenwelle ist somit in einfacher Weise an die baulichen Zwangsbedingungen hinsichtlich des Gegenlagers fast beliebig anpaßbar und kann in ihrer Dimensionierung betriebssicher ausgelegt werden ohne daß durch eine Abhängigkeit von der Ausbildung der Lagerstelle mehr oder minder brauchbare Kompromißlösungen in Kauf genommen werden müssen. Durch die nun erreichte Möglichkeit, bei unterschiedlichen Motoren im wesentlichen gleiche Nockenwellen einzusetzen, wird deren Fertigung - über die bisherige Vielfalt an Versionen von Wellenbemaßungen gesehen - weitgehend vereinfacht, was den apparativen Auswand und die Kosten in erheblichem Maße verringert. Im Hinblick auf die Verwendung von Lagerhülsen kann auf das separate Bauteil der Lagerhülse völlig verzichtet werden, da diese quasi aus der Hohlwelle heraus gebildet wird. Dies erspart weitere Kosten und den Aufwand, diese auf der Hohlwelle drehfest zu befestigen. Eine derartige Befestigung ist insbesondere dahingehend schwierig, daß die Herstellung separater Bauteile in der Regel Toleranzen aufweist, die beim Fügen später berücksichtigt werden müssen. Hierbei kann nach dem abschließenden Schleifprozeß der Nocken und der Lagerstellen die ohnehin geringe Wandstärke der Lagerhülse soweit reduziert sein, daß eine betriebssichere Fügung bzw. Befestigung der Lagerhülse auf der Hohlwelle nicht ermöglicht werden kann. Des weiteren besteht durch die erfindungsgemäße Ausbildung der Lagerstelle nicht die Gefahr einer Loslösung im Motorbetrieb. Aufgrund des Einsatzes der lanzenförmigen Sonde sowohl für die Fügung des Nockens als auch für die Ausbildung der Lagerstelle, mit der gezielt ohne Gesamtbelastung der Hohlwelle mit Innenhochdruck Ausformungen bzw. Aufweitungen der Hohlwelle erreicht werden, kann auf ein Gesenk mit dem zugehörigen immensen apparativen Aufwand verzichtet werden. Es wird lediglich eine Einspannung für die Hohlwelle und Abstützwerkzeuge für die Nocken und die Lagerstellen benötigt. Aufgrund des gezielten Einsatzes des Innenhochdruckes können im Gegensatz zur Verwendung eines Gesenkes in unmittelbarem Anschluß an die Nocken sich ausbildende Aufwürfe der Hohlwelle, die ein Lockern des jeweiligen Nockens im Motorbetrieb zur Folge haben, vermieden werden, was wesentlich zur Betriebssicherheit der Nockenwelle im Motorbetrieb beiträgt.Thanks to the invention, the hollow shaft outer diameter of the undeformed Output shaft largely independent of the bearing diameter be selected, whereby with a suitable choice of the outer diameter the hollow shaft is so large that a sufficient bending stiffness for every engine operating situation the hollow shaft is guaranteed, and at the same time so small is dimensioned that the cam due to a sufficient cam belt thickness still has so much rigidity that it has the joining stresses with the joining high pressure application of the Hollow shaft on the one hand and on the other hand in engine operation take whatever load without suffering damage can. Due to the independence of the bearing diameter from the dimensions of the remaining hollow output shaft, which is due to a targeted widening of the bearing of the Hollow shaft by means of a lance-shaped introduced into the hollow shaft Probe generated internal high pressure adjustable as desired is, modern motors can be of almost any design can be equipped with a single type of camshaft. Only the bearing point has to be shaped differently be what is due to the variability of manufacturing by hydroforming however can be easily achieved. The camshaft is thus easy to the structural Constraints on the counter bearing almost arbitrary adaptable and dimensioned to be reliable without being dependent on education the depository more or less useful compromise solutions have to be accepted. By now achieved Possibility with different engines essentially Using the same camshafts will make them - over seen the previous variety of versions of shaft dimensions - largely simplified, what the apparatus outlay and significantly reduced costs. In terms of Use of bearing sleeves can be used on the separate component of the Bearing sleeve can be completely dispensed with, as it is quasi from the Hollow shaft is formed. This saves further costs and the effort to fix them on the hollow shaft in a rotationally fixed manner. Such an attachment is particularly difficult in that that the manufacture of separate components usually tolerances which will be taken into account later when joining have to. Here, after the final grinding process Cam and the bearings the already small wall thickness of the Bearing sleeve should be reduced so far that a reliable joining or fastening the bearing sleeve to the hollow shaft can be made possible. Furthermore, there is the inventive Training the depository does not pose a risk Detachment in engine operation. Because of the use of the lance-shaped Probe for the joining of the cam as well as for the training of the depository, with the targeted without total load the hollow shaft with internal high pressure formings or widenings the hollow shaft can be reached on a die with the associated immense expenditure on equipment become. There is only one clamping for the hollow shaft and support tools for the cams and the bearings. Due to the targeted use of internal high pressure can in contrast to using a die in immediate Connections to the cams which form Hollow shaft, which loosens the respective cam during engine operation have to be avoided, which is essential to operational safety the camshaft contributes to engine operation.
Zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindung können den Unteransprüchen
entnommen werden; im übrigen ist die Erfindung anhand
zweier in den Zeichnungen dargestellter Ausführungsbeispiele
nachfolgend näher erläutert; dabei zeigt:
In Fig. 1 ist eine Vorrichtung 1 zur Herstellung einer gebauten
Nockenwelle 2 dargestellt, welche mehrere hintereinander angeordnete
Werkzeuge 3 zur Positionierung und Halterung der Nocken
4 beinhaltet, welche in den Werkzeugen 3 pneumatisch ausgerichtet
werden. Diese Werkzeuge 3 befinden sich zwischen einer
Hohlwellenzuführung 5 und einem Einspannwerkzeug 6, das die
Hohlwelle 7 einenends mit einem Greifer 8 in einer zentrischen
Position fixiert. Die Hohlwelle 7 wird dabei vor der Fixierung
durch die Zuführung 5 durch die Nockenbohrungen 9 der in den
Werkzeugen 3 gehaltenen Nocken 4 hindurchgefädelt. Auf hohlwellenabgewandter
Seite 10 des Einspannwerkzeuges 6 ist eine mit
einem Einführungstrichter 11 versehene Sondeneinführung 12 angebracht,
mittels derer eine lanzenförmige Sonde 13 (Fig. 2)
exakt zentriert in die eingespannte Hohlwelle 7 einschiebbar
ist.In Fig. 1 is a device 1 for producing a built
Camshaft 2 shown, which several arranged one behind the other
Tools 3 for positioning and holding the
Die Sonde 13 besteht im wesentlichen aus einem Metallstab, der
einen zentralen mit einer Fluidhochdruck-Erzeugungsanlage fluidisch
verbundenen Druckfluidführungskanal 14 aufweist. Vom
Druckfluidführungskanal 14 zweigen axial voneinander beabstandete
Querkanäle 15 und 16 ab, die Austrittsöffnungen 17 und 18
im Sondenmantel 38 besitzen. Es ist denkbar, daß im Bereich der
Austrittsöffnungen 17 und 18 in den Sondenmantel 38 eine umlaufende
Aussparung eingearbeitet ist, welche einen ringförmigen
zur Hohlwelle 7 hin offenen Druckraum bildet. Dadurch wird eine
gleichzeitige und gleichförmige Hochdruckbeaufschlagung der jeweiligen
Aufweitstelle der Hohlwelle 7 erreicht, wodurch eine
Konturgleichheit der ausgeweiteten Stelle der Hohlwelle 7 erzielt
wird. Dies ist günstig für den erforderlichen aufzubringenden
Halt des Nockens 4 auf der Hohlwelle 7 aufgrund eines
allseitig gleichen Preßverbundes und für den Rundlauf der Hohlwelle
7 in den am Motor angeordneten Lagerschalen im Motorbetrieb.
Die Austrittsöffnungen 17 und 18 sind in Einschiebelage
der Sonde 13 natürlich im durch Fluidhochdruck aufzuweitenden
Bereich 19 der Lagerstelle 20 der Hohlwelle 7 und auf dem Abschnitt
21 der Hohlwelle 7 zwischen den beiden quer zu deren
Längserstreckung verlaufenden Stirnseiten 22,23 des jeweiligen
Nockens 4 plaziert.The
Der Aufweitbereich 19 und der Abschnitt 21 werden durch jeweils
die Dichtanordnung für die Hohlwelle bildende Dichtkörperpaare
in Form von zwei axial beabstandeten Ringdichtungen 24,25 axial
beidseitig begrenzt, die von der Sonde 13 getragen werden und
für deren Halterung in dem Sondenmantel 38 jeweils zwei umlaufende
Aufnahmenuten 26 ausgebildet sind. Die Ringdichtungen
24,25 stützen sich radial an der Innenseite 27 der Hohlwelle 7
abdichtend ab. Zusätzlich zu den Dichtkörperpaaren umfaßt die
Dichtanordnung für die Lagerstelle 20 ein Abstützwerkzeug 28
(Fig. 3a,b) bzw. 29 (Fig. 4a,b), das in Gebrauchslage außen an
der Hohlwelle 7 umlaufend unter Freilassung des aufzuweitenden
Bereiches 19 der Hohlwelle 7 starr anliegt und die Ringdichtungen
24,25 abdeckt. Das Abstützwerkzeug 28 bzw. 29 besteht aus
drei klemmbackenartigen Segmenten 39,40,41, deren Teilungsfugen
42 in Anlage an der Hohlwelle 7 um etwa 120° zueinander versetzt
angeordnet sind.The
Zur Herstellung der gebauten Nockenwellen 2 wird die Sonde 13
in die Hohlwelle 7 eingeschoben, wobei die Sonde 13 mit den
Austrittsöffnungen 17,18 der Querkanäle 15,16 des Druckfluidführungskanals
14 exakt auf den jeweiligen Aufweitbereich 19
und den Abschnitt 21 axial ausgerichtet werden. Die Hohlwelle 7
kann vorher wie bereits geschildert durch die Nockenbohrungen 9
der Nocken 4 hindurchgefädelt werden. Alternativ können jedoch
gleichermaßen die Nocken 4 auf eine fest eingespannte Hohlwelle
7 aufgeschoben und dort in der vorgesehenen Relativlage positioniert
werden. Die Nocken 4 sind nun mit Spiel - stellvertretend
gekennzeichnet durch den Spielspalt 30 in Fig. 2 - auf der
Hohlwelle 7 positioniert. Alsdann werden die Abstützwerkzeuge
28 bzw. 29 radial zur Hohlwelle 7 verfahren, bis diese an ihr
anliegen. Die an der Hohlwelle 7 anliegenden unmittelbar an den
Aufweitbereich 19 der Hohlwelle 7 angrenzenden Abschnitte 31
des Abstützwerkzeuges 28 bzw. 29 sind durch einen die aufzuweitende
Lagerstelle 20 überspannenden Abschnitt 32 des Werkzeuges
28 bzw. 29 miteinander verbunden sind. Der Abschnitt 32 springt
gegenüber den Anlageflächen 33 des Werkzeuges 28 bzw. 29 so
weit zurück, daß er mit der Lagerstelle 20 einen ringförmigen
Aufweitraum 34 einschließt (Fig. 4a,b). Die der Lagerstelle 20
zugewandte Fläche 35 des überspannenden Abschnittes 32 des
Werkzeuges 28 kann nach Art einer Gesenkgravur für die aufzuweitende
Lagerstelle 20 formgebend ausgebildet sein und ist
dann um einen möglichst guten Materialfluß beim Aufweiten zu
gewährleisten hochpoliert (Fig. 3a,b). Schließlich wird über
den Druckfluidführungskanal 14 und die Querkanäle 15 und 16 der
Sonde 13 ein gespanntes Druckfluid auf die Hohlwelle 7 gebracht,
welche sich aufgrund des Innenhochdruckes im Bereich 19
und dem Abschnitt 21 radial nach außen aufweitet, wonach sich
einerseits der Preßverbund zwischen Nocken 4 und Hohlwelle und
andererseits die den Abstand zwischen Hohlwelle 7 und Gegenlager
des Motors überbrückende Ausbauchung 36 der Lagerstelle 20
ergibt. Das Abstützwerkzeug 28 bzw. 29 ist in der Gebrauchslage
starr, also unverrückbar, angeordnet und überdeckt dabei derart
die Ringdichtungen 24,25, daß ein Abheben des an diesen anliegenden
Hohlwellenmaterials unter der Fluidhochdruckbeaufschlagung
von den Ringdichtungen 24,25 vermieden wird, was sonst einen
Verlust deren Dichtwirkung zur Folge hätte. Aufgrund der
Einengung des Aufweitbereiches auf den Abschnitt 21 zwischen
den Stirnseiten 22,23 des jeweiligen Nockens 4 mittels der gezielten
Plazierung der Ringdichtungen 24,25 werden für einen
sicheren Halt des Nockens 4 auf der Hohlwelle 7 schädliche Materialanstauungen
der Hohlwelle 7 beidseitig des Nockens 4 verhindert.
Durch die Dichtwirkung bleiben die Abschnitte der
Hohlwelle 7 zwischen den Lagerstellen 20 und den Abschnitten 21
der Nocken 4 drucklos und somit unverformt.To manufacture the assembled
Die Aufweitung des Abschnittes 21 und des Bereiches 19 der Lagerstelle
20 kann gleichzeitig erfolgen, wobei jedoch durch die
schnellere Anlage des Nockens 4 an der Hohlwelle 7 im Gegensatz
zu der Erreichung der gewünschten Endform der Lagerstelle 20
auf den Nocken 4 aufgrund der größeren Aufweitung axiale Zugspannungen
wirken, was zu einer Reduzierung der übertragbaren
Drehmomente auf den Nocken 4 im Motorbetrieb führen kann. Dies
kann zwar dadurch wiederum gemindert werden, daß aufgrund der
Abstützung durch das Werkzeug 28 bzw. 29 die Hohlwelle 7 derart
eingeklemmt wird, daß das Hohlwellenmaterial zur Aufweitung der
Lagerstelle 20 nicht frei aus der Länge der Hohlwelle 7 sondern
allein nur aus dem Bereich 19 bezogen wird, so daß die Wandstärke
der Lagerstelle 20 in ihrer Endform gegenüber ihrer Ausgangsform
verringert ist. Die verringerte Wandstärke der Lagerstelle
20 ist jedoch deren Verschleißfestigkeit und Steifigkeit
abträglich. Des weiteren wirkt sich ein freier Fluß des Hohlwellenmaterials
aus der Länge der Hohlwelle 7 negativ auf die
Positionierung der Nocken 4 auf der Hohlwelle 7 aus, da die
Hohlwelle 7 nach der Umformung verkürzt ist, so daß eine Nachpositionierung
der Nocken 4 notwendig ist oder ein aufwendiges
Vorhalten von Material erforderlich ist, was zu einer größeren
Ausgangshohlwellenlänge führt. Letzteres geht außerdem mit einer
aufwendigen von der Endlage abweichenden Vorpositionierung
der Nocken 4 einher.The expansion of
Alternativ kann in günstiger Weise die Ausbildung der Lagerstelle
20 und der Fügevorgang des Nockens 4 auf der Hohlwelle 7
seguentiell erfolgen, wobei die Lagerstelle 20 zuerst ausgeformt
wird. Hierzu ist im Querkanal 15 zum Nocken 4 ein Druckbegrenzungsventil
37 angeordnet, das den Querkanal 15 sperrt,
wenn die Lagerstelle 20 mit Innenhochdruck beaufschlagt wird.
Der jeweilige Nocken 4 wird auf die Hohlwelle 7 in eine provisorische
Fügelage geschoben oder nimmt bei einer Einfädelung
der Hohlwelle 7 in die Nocken 4 eine provisorische Fügelage
ein. Nunmehr wird die Lagerstelle 20 wie gewünscht gemäß Fig.
4a,b in einfacher Weise in Form einer Ausbauchung 36 um etwa 1-2
mm aufgeweitet. Dementsprechend muß allerdings das Gegenlager
am Motor kalottenförmig ausgebildet werden, was wiederum einigen
Aufwand bedeutet.Alternatively, the formation of the bearing point can be provided in a
Bei der Ausbildung der der Lagerstelle 20 zugewandten Fläche 35
des Werkzeugabschnittes 32 nach Art einer Gesenkgravur kann die
Lagerstelle 20 jedoch bei der Aufweitung nach Anlage des Hohlwellenmaterials
an der Gravur eine zylindrische Form annehmen,
wodurch die Ausbildung des Gegenlagers des Motors vereinfacht
wird (Fig. 3a,b). Der einer Gesenkgravur nachgebildete Abschnitt
32 kann auch von einer hinsichtlich des Abstützwerkzeuges
(28) separaten Werkzeugform gebildet werden. Um eine präzise
Konturierung der Lagerstelle 20 zu erreichen, muß die Lagerstelle
20 mit einem zum Aufweitdruck vergleichsweise erheblich
höheren Druck kalibriert werden. Nach der Ausbildung der Lagerstellen
20, die frei aus der Länge der Hohlwelle 7 geformt werden
und somit in der Endform weitgehend die gleiche Wandstärke
aufweisen wie in der Ausgangsform der Hohlwelle 7, wobei der
bei der Umformung auftretenden Verkürzung der Hohlwelle 7 zur
Einhaltung der Abstände der Lagerstellen 20 voneinander durch
Vorhalten von Material durch Verwendung einer längeren Hohlwelle
7 oder durch sukzessives Aufweiten der einzelnen Lagerstellen
20 entgegnet werden kann, werden die Nocken 4 zwischen den
Lagerstellen 20 in ihre endgültige Fügelage positioniert. Dann
wird der Querkanal 15 freigegeben und der Abschnitt 21 der
Hohlwelle 7 in einem zweiten Umformvorgang mit einem gegenüber
dem oben beschriebenen Aufweitdruck für die Lagerstelle 20,
insbesondere dem Kalibrierdruck wesentlich geringeren Innenhochdruck
beaufschlagt, wobei durch die dortige Aufweitung der
Hohlwelle 7 der Nocken 4 unter Bildung eines Preßverbundes an
sie gefügt wird. Die Verkürzung der Hohlwelle 7 bei dieser
Zweiten Umformung fällt nicht ins Gewicht, da die Hohlwelle 7
sich dort lediglich um etwa 0,2 mm aufweitet. Bei Verwendung
des Abstützwerkzeuges 29 ist es nützlich, um eine weitere Aufweitung
während des Fügevorganges zu vermeiden, im Querkanal 16
ebenfalls ein Druckbegrenzungsventil vorzusehen, das diesen
beim erwähnten Fügen sperrt. Nach den vollzogenen Umformvorgängen
der Hohlwelle 7 wird die gewünschte Nockenwelle 2, wie aus
Fig. 5 ersichtlich erhalten. Das Druckfluid wird entspannt, die
Abstützwerkzeuge 28 bzw. 29 entfernt und die Sonde 13 aus der
Nockenwelle 2 herausgezogen. Danach wird die Einspannung gelöst
und die fertige Nockenwelle 2 zum weiteren Verbau entnommen.When the
Claims (10)
dadurch gekennzeichnet,
daß der jeweilige Nocken (4) in der gewünschten seiner Endlage entsprechenden Relativlage zur Hohlwelle (7) positioniert wird und daß danach die Fügestelle (21) der Hohlwelle (7) mit dem jeweiligen Nocken (4) zwischen dessen Stirnseiten (22,23) und die jeweilige Lagerstelle (20) der Hohlwelle (7) gleichzeitig mit Innenhochdruck über die Sonde (13) beaufschlagt wird, wobei die Hohlwelle (7) am Ort der Dichtungsanordnung (28;29 und 24,25) der Sonde (13) von außen derart gegenüber dem Innenhochdruck abgestützt wird, daß die Aufweitung der Lagerstelle (20) durch den Innenhochdruck ausschließlich unter Verringerung der Wandstärke im Bereich des aufzuweitenden Hohlwellenabschnitts (19,21) erfolgt.Method according to claim 1,
characterized,
that the respective cam (4) is positioned in the desired relative position of the hollow shaft (7) corresponding to its end position and that thereafter the joint (21) of the hollow shaft (7) with the respective cam (4) between its end faces (22, 23) and the respective bearing point (20) of the hollow shaft (7) is simultaneously subjected to high internal pressure via the probe (13), the hollow shaft (7) at the location of the sealing arrangement (28; 29 and 24, 25) of the probe (13) from the outside in this manner is supported against the internal high pressure that the expansion of the bearing (20) by the internal high pressure takes place exclusively by reducing the wall thickness in the region of the hollow shaft section (19, 21) to be expanded.
dadurch gekennzeichnet,
daß der jeweilige Nocken (4) auf die Hohlwelle (7) in eine provisorische Fügelage geschoben wird, daß danach die Aufweitung der Lagerstelle (20) der Hohlwelle (7) erfolgt und daß erst im Anschluß an die ausgeformten Lagerstellen (20) der Nocken (4) in seine endgültige Fügelage positioniert wird und dann auf die Hohlwelle (7) dort mittels Innenhochdruckbeaufschlagung der Hohlwelle (7) gefügt wird.Method according to claim 1,
characterized,
that the respective cam (4) is pushed onto the hollow shaft (7) in a provisional mounting position, that the bearing point (20) of the hollow shaft (7) is then widened and that the cams (20) of the cams () 4) is positioned in its final joining position and is then added to the hollow shaft (7) there by applying high pressure to the hollow shaft (7).
dadurch gekennzeichnet,
daß die aufzuweitenden Abschnitte (20,21) der Hohlwelle (7) mit unterschiedlich hohen Fluiddrücken beaufschlagt werden, wobei die Lagerstelle (20) mit höherem Druck beaufschlagt wird als die Fügestelle (21) des Nockens (4).Method according to one of claims 1 to 3,
characterized,
that the sections (20, 21) of the hollow shaft (7) to be expanded are acted upon by fluid pressures of different heights, the bearing point (20) being pressurized with higher pressure than the joint (21) of the cam (4).
dadurch gekennzeichnet,
daß die aufgeweiteten Lagerstellen (20) abschließend mit einem gegenüber dem Aufweitdruck wesentlich höheren Kalibrierdruck beaufschlagt werden, wobei die jeweilige Lagerstelle (20) durch Anpressen an eine sie umgebende Werkzeugform konturiert wird.Method according to one of claims 1 to 3,
characterized,
that the expanded bearing points (20) are finally subjected to a calibration pressure that is substantially higher than the expansion pressure, the respective bearing point (20) being contoured by pressing against a tool mold surrounding it.
dadurch gekennzeichnet,
daß die an der Hohlwelle (7) anliegenden Abschnitte (31) des Abstützwerkzeuges (28;29) durch einen die aufzuweitende Lagerstelle (20) überspannenden Abschnitt (32) miteinander verbunden sind, wobei dieser mit der Lagerstelle (20) einen ringförmigen Aufweitraum (34) einschließt.Apparatus according to claim 6,
characterized,
that the sections (31) of the supporting tool (28; 29) abutting the hollow shaft (7) are connected to one another by a section (32) spanning the bearing point (20) to be widened, this with the bearing point (20) forming an annular widening space (34 ) includes.
dadurch gekennzeichnet,
daß die der Lagerstelle (20) zugewandte Fläche (35) des überspannenden Abschnittes (32) des Abstützwerkzeuges (28) nach Art einer Gesenkgravur für aie aufzuweitende Lagerstelle (20) formgebend ausgebildet ist.Device according to claim 7,
characterized,
that the bearing point (20) facing surface (35) of the spanning section (32) of the support tool (28) is designed in the manner of a die engraving for the bearing point (20) to be expanded.
dadurch gekennzeichnet,
daß die Formgebungsfläche (35) poliert ist. Device according to claim 8,
characterized,
that the shaping surface (35) is polished.
dadurch gekennzeichnet,
daß vom Druckfluidführungskanal (14) der Sonde (13) jeweils ein diesen mit der jeweiligen Austrittsöffnung (17,18) verbindender Querkanal (15,16) abzweigt, wobei im Querkanal (15), der zum Aufweitungsabschnitt (21) der Hohlwelle (7) am Nocken (4) führt, ein Druckbegrenzungsventil (37) angeordnet ist.Apparatus according to claim 6,
characterized,
that a transverse channel (15, 16) connecting it to the respective outlet opening (17, 18) branches off from the pressure fluid guide channel (14) of the probe (13), the transverse channel (15) leading to the expansion section (21) of the hollow shaft (7) leads on the cam (4), a pressure relief valve (37) is arranged.
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