EP2718039A1

EP2718039A1 - Nockenwelle und verfahren zur herstellung der nockenwelle

Info

Publication number: EP2718039A1
Application number: EP12710242.4A
Authority: EP
Inventors: Daniel Paul; Robert Reichelt
Original assignee: ThyssenKrupp Presta TecCenter AG
Current assignee: Thyssenkrupp Dynamic Components Teccenter AG
Priority date: 2011-06-08
Filing date: 2012-03-20
Publication date: 2014-04-16
Also published as: WO2012167962A1; US10036455B2; US20140174248A1; CN103648678A; DE102011050930A1; CN103648678B

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Nockenwelle (1) und ein Verfahren zum Herstellen einer Nockenwelle (1) mit einem Trägerrohr (10), auf dem Bauteile (11, 12, 13), umfassend zumindest einen Nocken (11), an vorbestimmten Setzstellen (14) angeordnet sind, wobei sich das Trägerrohr (10) durch ein Loch (15) in den Bauteilen (11, 12, 13) wenigstens teilweise hindurch erstreckt, und wobei ein Pressverband zwischen dem Trägerrohr (10) und den Bauteilen (11, 12, 13) mittels Innenhochdruckumformen erzeugt ist. Erfindungsgemäß ist zwischen dem Trägerrohr (10) und dem Loch (15) wenigstens eine lokal ausgebildete Materialanformung (16) vorgesehen, durch die das Bauteil (11, 12, 13) an der Setzstelie (14) in einer gewünschten Ausrichtung relativ zum Trägerrohr (10) derart gehalten ist, dass das Trägerrohr (10) mit den gesetzten Bauteilen (11, 12, 13) dem Innenhochdruckumformen zufuhrbar ist.

Description

Nockenwelle und Verfahren zur Herstellung der Nockenwelle

B e s c h r e i b u n g

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Nockenwelle mit einem Trägerrohr, auf dem Bauteile, umfassend zumindest einen Nocken, an vorbestimmten Setzstellen angeordnet sind, wobei sich das Trägerrahr durch ein Loch in den Bauteilen wenigstens teilweise hindurch erstreckt, und wobei ein Pressverband zwischen dem Trägerrohr und den Bauteilen mittels Innenhochdruckumformen erzeugt ist.

STAND DER TECHNIK

Die DE 10 2007 012 756 A1 schlägt ein Verfahren zur Herstellung einer gattungsbildenden Nockenwelle mit einem Trägerrohr vor, auf dem Bauteile wie Nocken, Lagerringe, Endstücke, Impulsgebernocken, Nockenwellenversteller, Antriebsritzel und dergleichen, an vorbestimmten Setzstellen angeordnet sind. Bei der Herstellung von Nockenwellen sind hohe Maß- und Lagegenauigkeiten der Bauteile auf dem Trägerrohr gefordert. Die Genauigkeiten sind sowohl axial in Längsrichtung des Trägerrohres als auch in der Ausrichtung der Winkellage der Bauteile um die Rotationsachse des Trägerrohres erforderlich. Zur Ausrichtung der Bauteile wird vorgeschlagen, Backen zu verwenden, die im Umformwerkzeug eingebracht sind. Anschließend kann gemäß einer ersten vorgeschlagenen Variante ein Innenhochdruckumformen Verwendung finden, um das Trägerrohr plastisch zu verformen. Dadurch wird ein Pressverband zwischen dem Trägerrohr und den Bauteilen erzeugt, und es können Bauteile bereitgestellt werden, deren Funktionsflächen bereits vor dem Herstellen der Pressverbindung fertig bearbeitete Funktionsflächen aufweisen.

Nachteilhafterweise ist der Aufbau des Urnformwerkzeugs mit mehreren Backen aufwendig ausgestaltet, und es ergibt sich keine vorteilhafte Möglichkeit, die Bauteile in axialer Richtung des Trägerrohres zu positionieren.

In der DE 101 50 092 C1 ist ein weiteres Verfahren zur Herstellung einer gattungsbildenden Nockenwelle gezeigt, und das Trägerrohr wird mit den Bauteilen vorkonfektioniert in ein Werkzeugunterteil eingelegt, wobei das Positionieren der Bauteile und des Trägerrohres läge- und funktionsgerecht vorgesehen wird. Die genaue Lage der Bauteile wird durch ein Klemmen und/oder ein Ansaugen der Bauteile durch das Werkzeugunterteil mit Unterdruck erzeugt.

Die notwendige Positionierung der Bauteile relativ zum Trägerrohr ruft damit erhebliche konstruktive Aufwendungen für die Gestaltung des Umformwerkzeugs hervor, und die Bereitstellung von Bauteilen mit bereits fertigen Funktionsflächen vor dem Herstellen des Pressverbandes zwischen dem Trägerrohr und den Bauteilen ist nur bedingt möglich. Häufig sind spanende Nachbearbeitungen der Funktionsflächen der Bauteile notwendig, wodurch wiederum eine hochgenaue Positionierung der Bauteile auf dem Trägerrohr überflüssig erscheint, da mit einer spanenden Endbearbeitung der Funktionsflächen der Bauteile Form- und Lageabweichungen ohnehin ausgeglichen werden können. OFFENBARUNG DER ERFINDUNG

Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Nockenwelle sowie ein Verfahren zur Herstellung der Nockenwelle zu schaffen, mit der die Nachteile des Standes der Technik überwunden werden und die eine vereinfachte Herstellung ermöglicht.

Diese Aufgabe wird ausgehend von einer Nockenwelle gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1 in Verbindung mit den kennzeichnenden Merkmalen gelöst. Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.

Die Erfindung schließt die technische Lehre ein, dass zwischen dem Trägerrohr und dem Loch wenigstens eine lokal ausgebildete Materialanformung vorgesehen ist, durch die das Bauteil an der Setzstelle in einer gewünschten Ausrichtung relativ zum Trägerrohr derart gehalten ist, dass das Trägerrohr mit den gesetzten Bauteilen dem Innenhochdruckumformen zuführbar ist.

Die Erfindung geht von dem Gedanken aus, die Nockenwelle derart auszuführen, dass die Bauteile auf dem Trägerrohr bereits vor dem Zuführen zum Innenhochdruckumformen eine wenigstens in Längsrichtung des Trägerrohres hochgenaue Position einnehmen können. Durch die lokal ausgebildete Materialanformung zwischen dem Trägerrohr und dem Loch im Bauteil kann das Bauteil selbsthaltend auf dem Trägerrohr angeordnet werden, und die Position des Bauteils kann wenigstens in Längsrichtung des Trägerrohres bereits die endgültige Position aufweisen. Wird das Trägerrohr mit den Bauteilen anschließend in das Innenhochdruck-Umformwerkzeug eingelegt, kann der Innenhochdruck- Umformprozess durch ein plastisches Aufweiten des Trägerrohres erfolgen, während die axiale Position und die Winkelposition der Bauteile relativ zum Trägerrohr beibehalten wird.

Die Materialanformung kann in der Außenoberfläche des Trägerrohres und/oder in der Innenoberfläche des Loches im Bauteil eingebracht sein. Mit besonderem Vorteil kann die Materialanformung jedoch in der Außenoberfläche des Trägerrohres vorgesehen sein, da das Einbringen der Materialanformung in eine Außenoberfläche werkzeugtechnisch einfacher ausgeführt werden kann. Die Erfindung sieht grundsätzlich vor, dass das Loch einen größeren Durchmesser aufweist als der Außendurchmesser des Trägerrohres vor dem Innenhochdruckumformen. Erst durch die Materialanformung kann eine zumindest kraftschlüssige Verbindung zwischen dem Trägerrohr und den Bauteilen erzeugt werden, wobei die Materiaianformungen in der Gegenoberfläche, also entweder in der Innenoberfläche des Loches oder in der Außenoberfläche des Trägerrohres, an die die Materialanformung angrenzt, eine plastische Verformung hervorrufen können, so dass durch die Materialanformung auch ein wenigstens anteiliger Formschluss erzeugt wird. Grundsätzlich besteht auch die Möglichkeit, sowohl in der Außenoberfläche des Trägerrohres als auch zusätzlich auf der Innenoberfläche des Loches Materiaianformungen vorzusehen. Materiaianformungen im Loch des Bauteils haben jedoch den Nachteil, dass das Bauteil über einen Großteil der Länge des Trägerrohres mit der Materialanformung im Loch über dieses hinweg geschoben werden muss.

Nach einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung zum Einbringen der Materialanformung in die Außenoberfläche des Trägerrohres, gegebenenfalls auch in die Innenoberfläche des Loches, kann ein Rändeln Verwendung finden. Das Rändeln beschreibt eine plastische Verformung einer Werkstückoberfläche mittels eines Rändelwerkzeuges, wobei eine Struktur des Rändelwerkzeuges in der Oberfläche des Werkstücks, nämlich in der Außenoberfläche des Trägerrohres oder in der Innenoberfläche des Loches, abgebildet wird. Das Rändelwerkzeug kann so ausgeformt sein, dass die Materialanformung in der Außenoberfläche der Setzstelle des Trägerrohres eingebracht ist und sich im Wesentlichen in Längsrichtung des Trägerrohres erstreckt. Die Materialanformung kann durch das Rändeln jedoch auch Abmessungen aufweisen, die beispielsweise in Längsrichtung des Trägerrohres und in Umfangsrichtung gleich sind, beispielsweise runde oder rechteckige, Insbesondere quadratische Materialanformungen. Bevorzugterweise ist die Materialanformung länglich ausgeführt und erstreckt sich in Längsrichtung des Trägerrohres mit einer Länge, die beispielsweise der Breite des Bauteils entsprechen kann, oder die Länge der Materialanformung entspricht beispielsweise der Breite der Setzstelle.

Das Trägerrohr kann an einer Setzstelle, beispielsweise eine, bevorzugt zwei und besonders bevorzugt drei Materialanformungen aufweisen, die insbesondere über dem Umfang des Trägerrohres gleich verteilt in die Außenoberfläche eingebracht sind. Auf gleiche Weise können in die Innenoberfläche des Loches im Bauteil ebenfalls eine, zwei oder bevorzugt drei Materialanformungen eingebracht sein, um die gleiche Wirkung zu erzielen, das Bauteil auf dem Trägerrohr vorpositioniert selbsthaltend anzuordnen.

Dabei ist nicht bevorzugt vorgesehen, das Bauteil durch die Materialanformung derart auf dem Trägerrohr anzuordnen, dass damit bereits ein betriebsbereiter Zustand der Nockenwelle erreicht ist. Grundsätzlich soll die Materialanformung lediglich zur lagegerechten Vorpositionierung des Bauteils auf dem Trägerrohr dienen, um anschließend eine plastische Aufweitung des Trägerrohres durch ein Innenhochdruck-Umformverfahren zu erzeugen. Erst durch die plastische Aufweitung wird der radiale Spalt zwischen dem Trägerrohr und dem Loch im Bauteil überbrückt, und das Trägerrohr erfährt wenigstens in den Setzstellen eine plastische Aufweitung, die so groß ist, dass unter gleichzeitiger elastischer Dehnung des Bauteils der Pressverband zwischen dem Bauteil und dem Trägerrohr erzeugt wird. Die Bereiche des Trägerrohres zwischen den Setzstellen zur Anordnung der Bauteile können dabei eine noch größere plastische Umformung erfahren, so dass der bleibende Durchmesser des Trägerrohres zwischen den Setzstellen größer ist als der Durchmesser des Trägerrohres am Ort der Setzstellen.

Die Materialanformung kann eine Höhe von 0,1 mm bis etwa 1 mm, bevorzugt von 0,2 mm bis etwa 0,7 mm und besonders bevorzugt von etwa 0,5 mm aufweisen und kann beispielsweise auch als Zusatzmaterial aufgelötet oder aufgeschweißt werden. Auch kann diese als Kunststoffanformung ausgebildet werden. Insbesondere dann, wenn das Loch im Bauteil einen schmiederohen Zustand aufweist, kann die Bohrung eine radiale Maßtoleranz von etwa 0,3 mm aufweisen. Folglich muss mit der Materialanformung die Toleranz des geschmiedeten Nockens ausgeglichen werden, um stets eine sichere Pressung zwischen dem Trägerrohr und dem Bauteil zu erhalten. Die Höhe der Materialanformung kann folglich derart bestimmt sein, dass unter Berücksichtigung der Toleranzbreite eine Überdeckung von wenigstens 0,1 mm erzeugt wird, die elastisch und plastisch verdrängt werden muss, um das Bauteil mit einer erforderlichen Mindesthaltekraft auf dem Trägerrohr anordnen zu können. Insbesondere die Kräfte, die auf die Bauteile auf dem Trägerrohr einwirken können, wenn ein Transport, beispielsweise zum Innenhochdruckumformen stattfindet, müssen durch die Pressung des Bauteils auf dem Trägerrohr sicher gehalten werden.

Um eine sichere Pressung zwischen dem Trägerrohr und dem Bauteil zu schaffen, können die Querschnittsformen der Materialanformungen dreieck-, trapez- oder kegeistumpfartig ausgebildet sein.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung wird ferner gelöst durch ein Verfahren zum Herstellen einer Nockenwelle mit einem Trägerrohr, auf dem zumindest ein Bauteil, umfassend zumindest einen Nocken, an einer vorbestimmten Setzstelle angeordnet wird, wobei wenigstens die Schritte des Bereitstellens des Trägerrohres und des zumindest einen Bauteils, des Einbringens wenigstens einer Materialanformung in die Außenoberfläche des Trägerrohres im Bereich einer Setzsteile oder in ein Loch des Bauteils, das zur Aufnahme des Bauteils auf dem Trägerrohr in das Bauteil eingebracht ist, des verdrehfesten Vorpositionierens des Bauteils auf der Setzstelle durch Ausbildung einer zumindest kraftschlüssigen Verbindung des Bauteils mit dem Trägerrohr im Bereich der Materialanformung, des Erzeugens eines Pressverbandes zwischen dem Trägerrohr und dem Bauteil mittels Innenhochdruckumformen unter Bildung einer erforderlichen Verbindungsfestigkeit zwischen dem Bauteil und dem Trägerrohr vorgesehen sind.

Vorteilhafterweise kann sich das Trägerrohr durch ein Loch in den Bauteilen wenigstens teilweise hindurch erstrecken. Beispielsweise kann das Bauteil durch ein Endstück gebildet sein, das ebenso wie die Nocken auf dem Trägerrohr angeordnet werden soll. Das Loch im Endstück ist jedoch kein Durchgangsloch, sondern das Trägerrohr erstreckt sich lediglich ein Stück weit in das Loch im Endstück hinein. Die Vorpositionierung des Endstückes mittels wenigstens einer Materialanformung zwischen dem Trägerrohr und dem Loch im Endstück kann auf gleiche Weise erfolgen wie auch die Vorpositionierung des Nockens und/oder eines Lagerrings.

Mit besonderem Vorteil kann die Materialanformung durch ein Rändelverfahren in die Außenoberfläche des Trägerrohres und/oder in das Loch eingebracht werden. Beispielsweise kann ein Rändelwerkzeug in Form einer Rändelrolle vorgesehen sein, die im Rändelprozess gegen das Trägerrohr abrollen kann. In der Rändelrolle kann sich wenigstens eine Vertiefung befinden, und bei einem Abwälzen des Trägerrohres gegen die Rändelrolle und bei hinreichend großem Anpressdruck wird eine plastische Verformung in dem Werkstoff des Trägerrohres erzeugt, und das Material des Trägerrohres kann in die Vertiefung in der Rändelrolle eingedrückt werden. Im Ergebnis ist eine Materialanformung auf der Außenoberfläche des Trägerrohres gebildet, dass dadurch das Trägerrohr örtlich einen größeren Durchmesser aufweist und durch die den gewünschte Vorpositionierung des Bauteils auf dem Trägerrohr erzeugbar ist.

Mit weiterem Vorteil kann das Bauteil ein Schmiedeteil sein und in einem schmiederohen Zustand auf das Trägerrohr aufgesetzt werden, insbesondere kann das Loch des Bauteils bei Aufsetzen des Bauteils auf das Trägerrohr einen schmiederohen Zustand aufweisen. Dabei beschreibt der schmiederohe Zustand eine Oberfläche des Bauteils und insbesondere des Loches, die nach dem schmiedetechnischen Herstellen des Bauteils nicht beispielsweise spanend nachbearbeitet wurde.

Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung des Verfahrens kann das Bauteil eine Funktionsfläche aufweisen, die nach dem Erzeugen des Pressverbandes zwischen dem Trägerrohr und dem Bauteil mittels des Innenhochdruckumformens durch ein spanendes Verfahren bearbeitet, insbesondere endbearbeitet wird. Die Funktionsfläche kann beispielsweise die Nockenlauffläche der Nocke oder die Lagerlauffläche des Lagerrings sein. Damit wird erreicht, dass die radiale Position des Bauteils auf dem Trägerrohr vor und während des Innenhochdruck- Umformverfahrens zumindest durch zusätzliche Mittel unkontrolliert bleiben kann, auch wenn die radiale Vorpositionierung und Beibehaltung dieser Position im Innenhochdruckwerkzeug schon wesentlich ist, da das Bauteil ein Schleifaufmaß für die Endbearbeitung besitzt, das jedoch minimal sein sollte. Jedoch muss die radiale Position des Bauteils im Innenhochdruckwerkzeug basierend auf der vorliegenden Erfindung nicht hoch genau gehalten werden, und erst durch ein spanendes Endbearbeiten des Bauteils wird die radiale Ausrichtung der Funktionsfläche erzeugt, beispielsweise durch ein Schleifen. Folglich wird durch die Vorpositionierung der Bauteile auf dem Trägerrohr mittels der erfindungsgemäßen Materialanformungen eine zumindest axiale Ausrichtung der Bauteile auf dem Trägerrohr erzielt, die über dem gesamten Fertigungsverlauf aufrecht erhalten bleibt, und es kann eine Entfeinerung der Herstellung bis zur spanenden Endbearbeitung erreicht werden.

Vorteilhaft kann auch bereits die Winkellage des Bauteils relativ zum Trägerrohr durch die Vorpositionierung endgültig festgelegt werden.

Mit dem Innenhochdruckumformen zum Erzeugen des Pressverbandes zwischen dem Trägerrohr und dem Bauteil kann weiterhin wenigstens eine Lagerstelle im Trägerrohr durch plastische Umformung erzeugt werden. Damit kann ein Kombinationsverfahren ermöglicht werden, um sowohl eine radiale Aufweitung des Trägerrohres zur Verpressung der Bauteile auf dem Trägerrohr als auch die Ausbildung wenigstens einer Lagerstelle aus dem Material des Trägerrohres selbst zu erzeugen.

BEVORZUGTES AUSFÜHRUNGSBEISPIEL DER ERFINDUNG

Weitere, die Erfindung verbessernde Maßnahmen werden nachstehend gemeinsam mit der Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispieis der Erfindung anhand der Figuren näher dargestellt. Es zeigt:

Fig. 1 eine quergeschnittene Ansicht der Nockenwelle in Anordnung in einem Innenhochdruck-Umformwerkzeug, Fig. 2 eine perspektivische Ansicht der Nockenwelle mit teilweise auf dieser angeordneten Bauteilen und Materialanformungen in der Oberfläche des Trägerrohres,

Fig. 3a eine Querschnittsansicht eines Ausführungsbeispiels zur Anordnung eines Bauteils auf dem Trägerrohr mit einer ersten Anordnung einer Materialanformung,

Fig. 3b eine Querschnittsansicht eines Ausführungsbeispiels zur Anordnung eines Bauteils auf dem Trägerrohr mit einer zweiten Anordnung einer Materialanformung,

Fig. 4 eine Querschnittsansicht der Anordnung des Trägerrohres und eines Bauteils im Innenhochdruck-Umformwerkzeug und

Fig. 5 eine quergeschnittene Ansicht der Anordnung eines Bauteils auf dem Trägerrohr nach Ausführung des Innenhochdruckumformens des Trägerrohres.

Figur 1 zeigt eine Nockenwelle 1 mit einem Trägerrohr 10, auf dem Bauteile 11, 12 und 13 angeordnet sind. Die Bauteile 11 sind durch Nocken 1 1 gebildet, wobei ein Bauteil 12 als ein Lagerring 12 zur Lagerung der Nockenwelle 1 ausgebildet ist. Endseitig am Trägerrohr 10 ist ein Bauteil 13 als Endstück 13 ausgebildet, an dem beispielsweise ein Antriebsritzel, ein Impulsgebernocken, ein Nockenwellenversteller oder dergleichen angeordnet sein kann.

Die Nockenwelle 1 ist in einem Innenhochdruck-Umformwerkzeug mit einem Werkzeugoberteil 19 und einem Werkzeugunterteil 20 angeordnet, wobei die Werkzeugober- und Unterteile 19 und 20 in einer Teilungsebene voneinander getrennt und geöffnet werden können, wobei die Teilungsebene in der Längsrichtung 17 des Trägerrohres 10 verläuft.

Im Werkzeugoberteil 19 und im Werkzeugunterteil 20 sind Aussparungen 21 eingebracht, und die Bauteile 1 1 , 12 und 13 auf dem Trägerrohr 10 können in den Aussparungen 21 aufgenommen werden, wenn die Nockenwelle 1 in das Werkzeugoberteil 19 und das Werkzeugunterteil 20 eingelegt wird. Dabei sind die Aussparungen 21 sowohl in radialer Richtung als auch in axialer Richtung des Trägerrohres 10 größer dimensioniert als die Hüllmaße der Bauteile 11, 12 und 13. Folglich erfüllt das Innenhochdruck-Umformwerkzeug keine Positionierfunktion der Bauteile 11 , 12 und 13 auf dem Trägerrohr 10, bevor oder während die plastische Verformung des Trägerrohres 10 durch das Innenhochdruckumformen stattfindet.

Erfindungsgemäß weist das Trägerrohr 10 Materialanformungen 16 auf, die im oberen Halbschnitt des Trägerrohres 10 am Ort der jeweiligen Setzstelle 14 zur Anordnung der Bauteile 11 , 12 und 13 gezeigt sind. Die Materialanformung 16 ist in Form einer lokal begrenzten Materialanformung auf dem Trägerrohr 10 ausgebildet, und wenn das Bauteil 11, 12 und 13 auf das Trägerrohr 10 aufgeschoben werden, wird durch die Materialanformung 16 ein Halteeffekt des jeweiligen Bauteils 11, 12 und 13 gegen das Loch 15, das im Bauteil 11, 12 und 13 eingebracht ist und durch das sich das Trägerrohr 10 hindurch erstreckt, erzielt. Insbesondere können die Bauteile 11 , 12 und 13 vor dem Einlegen der Nockenwelle 1 auf dem Trägerrohr 10 in eine endgültige Position gebracht werden und durch die Materialanformungen 16 am Trägerrohr 10 in der Position gehalten werden. Folglich kann die Nockenwelle 1 in einem vorkonfektionierten Zustand in das Innenhochdruck-Umformwerkzeug eingelegt werden, ohne dass während oder nach dem Innenhochdruck-Umformprozess eine weitere Positionierung der Bauteile 11 , 12 und 13 notwendig ist.

Das Werkzeugoberteil 19 und das Werkzeug unterteil 20 weisen weiterhin eine Lagerstelle 18 auf. Wird das Trägerrohr 10 durch ein Innenhochdruckumformen plastisch aufgeweitet, kann das Trägerrohr 10 in der Lagerstelle 18 im Werkzeug abgebildet werden. Anschließend kann das Trägerrohr 10 im Bereich der Lagerstelle 18 geschliffen werden, um eine Lagerung der Nockenwelle 1 zu schaffen.

Die Nocken 11 weisen jeweils eine Funktionsfläche 11a und der Lagerring 12 weist eine Funktionsfläche 12a auf, die nach Ausführung des Innenhochdruckumformens spanend endbearbeitet werden kann. Damit wird die radiale Genauigkeit der Funktionsflächen 11a und 12a erreicht, ohne dass eine radiale Führung der Bauteile 11 , 12 und 13 durch die Werkzeugober- und unterteile 19 und 20 erforderlich ist.

Figur 2 zeigt eine perspektivische Ansicht eines Ausführungsbeispiels der Nockenwelle 1 , und es ist ein Trägerrohr 10 gezeigt, das sich entlang der Längsrichtung 17 erstreckt. Das Trägerrohr 10 weist mehrere Setzstellen 14 zur Anordnung von Bauteilen 11 und 12 auf, wobei eine Setzstelle 14 unbesetzt gezeigt ist, und auf weiteren Setzstellen 14 sind Nocken 11 und ein Lagerring 12 angeordnet. Dabei ist erkennbar, dass im Bereich der Setzstelle 14 Materialanformungen 16 eingebracht sind, die als Erhebungen in der Oberfläche des Trägerrohres 10 ausgebildet sind. Wird ein Bauteil 11 auf der Setzstelle 14 angeordnet, so kann dieses durch die Materialanformungen 16 an der Setzstelle 14 fixiert werden, wie beispielsweise durch die Nocke 11 gezeigt, unter der sich zwei Materialanformungen 16 erstrecken. Die Materialanformungen 16 können beispielsweise in einer Teilung von 120" auf dem Umfang der Setzstelle 14 verteilt angeordnet sein, und das Bauteil 1 1 wird durch die Materialanformungen 16 gehalten. Dabei ist der Außendurchmesser des Trägerrohres 10 kleiner als das Loch im Bauteil 11 , durch das sich das Trägerrohr 10 hindurch erstreckt. Erst durch das Innenhochdruckumformen wird das Trägerrohr 10 plastisch aufgeweitet, um den endgültigen Pressverband zwischen dem Trägerrohr 10 und den Bauteilen 11 , 12 und 13 zu erreichen.

Fig. 3a zeigt eine Detailansicht eines Nockens 11 auf dem Trägerrohr 10, so dass sich das Trägerrohr 10 durch das Loch 15 in der Nocke 11 hindurch erstreckt. Dabei ist erkennbar, dass der Außendurchmesser des Trägerrohres 10 kleiner ist als der Durchmesser des Loches 15 in der Nocke 11. Dieser radiale Spalt wird lokal überbrückt durch eine Materialanformung 16, die in der Außenoberfläche des Trägerrohres 10 eingebracht ist. Beispielhaft ist lediglich eine Materialanformung 16 im Schnitt der Darstellung gezeigt, wobei auf dem Umfang des Trägerrohres verteilt mehrere Materialanformungen 16 vorgesehen sein können. Wird die Nocke 11 auf der angedeuteten Setzstelle 14 auf dem Trägerrohr 10 angeordnet, so erfolgt dies unter elastischer oder vorzugsweise leicht plastischer Deformierung der Materialanformung 16 oder sogar der Innenoberfläche des Loches 15 in der Nocke 11 » Damit wird eine kraftschlüssige Verbindung zwischen der Nocke 11 und dem Trägerrohr 10 geschaffen, durch die die Nocke 11 an der Setzsteile 14 auf dem Trägerrohr 10 gehalten wird. Die Materialanformung 16 ist beispielhaft am Rand der Nocke 11 und damit am Rand der Setzstelle 14 gezeigt, wobei im gegenüberliegenden Randbereich eine gleiche Anzahl von Materialanformungen 16 vorgesehen sein kann.

Fig. 3b zeigt eine weitere Anordnung einer Nocke 11 auf einem Trägerrohr 10 mit einer Materialanformung 16, die etwa im Mittenbereich der Setzstelle 14 ausgebildet ist.

Fig. 4 zeigt eine Querschnittsansicht der Nockenwelle 1 mit einer Schnittebene, zu der die Längsrichtung 17 des Trägerrohres 10 senkrecht steht. Der Schnitt verläuft im Bereich einer Setzstelle, auf der beispielhaft ein Nocken 11 mit einer Nockenkuppe 22 angeordnet ist. Dabei befindet sich die Nockenwelle 1 in einem Innenhochdruck-Umformwerkzeug mit einem Werkzeugoberteil 19 und einem Werkzeugunterteil 20. Die Werkzeugober- und unterteile 19 und 20 weisen eine Aussparung 21 mit einem Durchmesser auf, der größer ist als der Durchmesser der Nocke 1 1. Damit unterbleibt eine radiale Führung der Nocke 11 im Werkzeug 19, 20, so dass bei einem Innenhochdruckumformen die Nocke 11 radial frei beweglich bleibt. Erst im Anschluss an das Innenhochdruckumformen, ggf. noch nach einer thermischen Behandlung der Bauteile, kann die Funktionsfläche 11a des Nockens 11 spanend endbearbeitet werden.

Fig. 5 zeigt schließlich eine Detaiiansicht der Anordnung einer Nocke 11 auf einem Trägerrohr 10, das durch ein Innenhochdruckumformen radial aufgeweitet wurde. Durch die radiale Aufweitung des Trägerrohres 10 ist ein Pressverband zwischen dem Trägerrohr 10 und der Nocke 11 gebildet, die in der Aussparung 21 im Werkzeugoberteil 19 und im Werkzeugunterteil 20 angeordnet ist. Der Bereich des Trägerrohres 10 außerhalb der Setzstelle 14 weist eine Aufweitung auf, bis die Außenoberfläche des Trägerrohres 10 gegen eine Werkzeuginnenfläche 23 zur Anlage gelangt. Damit weist das Trägerrohr 10 außerhalb der Setzstellen 14 einen größeren Durchmesser auf als im Bereich der Setzstellen 14. Die Erfindung beschränkt sich in ihrer Ausführung nicht auf die vorstehend angegebenen bevorzugten Ausführungsbeispiele. Vielmehr ist eine Anzahl von Varianten denkbar, welche von der dargestellten Lösung auch bei grundsätzlich anders gearteten Ausführungen Gebrach macht. Sämtliche aus den Ansprüchen, der Beschreibung oder den Zeichnungen hervorgehenden Merkmale und/oder Vorteile, einschließlich konstruktiven Einzelheiten oder räumlichen Anordnungen können sowohl für sich als auch in den verschiedensten Kombinationen erfindungswesentlich sein. Die im Ausführungsbeispiel näher beschriebene Anordnung der Nocke 11 ist beispielhaft dargelegt, und die Anordnung der weiteren Bauteile 12 und 13, beispielsweise der Lagerringe 12 und Endstücke 13, kann auf gleiche Weise und mit den gleichen Vorteilen auf dem Trägerrohr 10 erfolgen wie auch die Nocke 11.

Bezuqsze ichen l iste

1 Nockenwelle 10 Trägerrohr

11 Bauteil, Nocke

11a Funktionsfläche der Nocke

12 Bauteil, Lagerring

12a Funktionsfläche des Lagerringes

13 Bauteil, Endstück

14 Setzstelle

15 Loch

16 Materialanformung

17 Längsrichtung

18 Lagerstelle

19 Werkzeugoberteil

20 Werkzeugunterteil

21 Aussparung

22 Nockenkuppe

23 Werkzeuginnenfläche

Claims

P a t e n t a n s p r ü c h e 1 . Nockenwelle (1) mit einem Trägerrohr (10), auf dem Bauteile (11 , 12, 13), umfassend zumindest einen Nocken (11), an vorbestimmten Setzstellen (14) angeordnet sind, wobei sich das Trägerrohr (10) durch ein Loch (15) in den Bauteilen (11 , 12, 13) wenigstens teilweise hindurch erstreckt, und wobei ein Pressverband zwischen dem Trägerrohr (10) und den Bauteilen (11 , 12, 13) mittels Innenhochdruckumformen erzeugt ist,

dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Trägerrohr (10) und dem Loch (15) wenigstens eine lokal ausgebildete Materialanformung (16) vorgesehen ist, durch die das Bauteil (11 , 12, 13) an der Setzstelle (14) in einer gewünschten Ausrichtung relativ zum Trägerrohr (10) derart gehalten ist, dass das Trägerrohr (10) mit den gesetzten Bauteilen (11 , 12, 13) dem Innenhochdruckumformen zuführbar ist.

2. Nockenwelle (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Materialanformung (16) in der Außenoberfläche des Trägerrohres (10) und/oder in der Innenoberfläche des Loches (15) eingebracht ist, wobei das Loch (15) insbesondere einen größeren Durchmesser aufweist als der Außendurchmesser des Trägerrohres (10).

3. Nockenwelle (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Materialanformung (16) in der Außenoberfläche des Trägerrohres (10) durch ein Rändeln der Außenoberfläche erzeugt ist.

4. Nockenwelle (1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Materialanformung (16) in der Außenoberfläche der Setzstelle (14) des Trägerrohres (10) eingebracht ist und sich im Wesentlichen in Längsrichtung (17) des Trägerrohres (10) erstreckt.

5. Nockenwelle (1) nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Trägerrohr (10) an einer Setzsteife (14) wenigstens eine, bevorzugt zwei und besonders bevorzugt drei Materialanformungen (16) aufweist, die insbesondere über dem Umfang des Trägerrohres (10) gleich verteilt in die Außenoberfläche eingebracht sind.

6. Nockenwelle (1) nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Materialanformung (16) durch ein lokal plastisches Umformen des Trägerrohres (10) gebildet ist, insbesondere durch ein Rändeln des Trägerrohres (10) mittels eines Rändelwerkzeuges.

7. Nockenwelle (1) nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Materialanformung (16) eine Höhe von etwa 0,1 mm bis etwa 1 mm, bevorzugt von etwa 0,2 mm bis etwa 0,7 mm und besonders bevorzugt von etwa 0,5 mm aufweist.

8. Nockenwelle (1) nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Querschnittsform der Materialanformung (16) dreieck-, trapez- oder kegelstumpfartig ausgebildet ist.

9. Verfahren zum Herstellen einer Nockenwelle (1) mit einem Trägerrohr (10), auf dem zumindest ein Bauteil (11 , 12, 13), umfassend zumindest einen Nocken (11), an einer vorbestimmten Setzstelle (14) angeordnet wird, gekennzeichnet durch wenigstens die folgenden Schritte: a) Bereitstellen des Trägerrohres (10) und des zumindest einen Bauteils (11 , 12, 13), b) Einbringen wenigstens einer Materialanformung (16) in die Außenoberfläche des Trägerrohres (10) im Bereich einer Setzstelle (14) oder in ein Loch (15) des Bauteils (11, 12 13), das zur Aufnahme des Bauteils (11 , 12, 13) auf dem Trägerrohr (10) in das Bauteil (11 , 12, 13) eingebracht ist, c) verdrehfestes Vorpositionieren des Bauteils (11 , 12, 13) auf der Setzstelle (14) durch Ausbildung einer zumindest kraftschlüssigen Verbindung des Bauteils (11 , 12, 13) mit dem Trägerrohr (10) im Bereich der Materialanformung (16), d) Erzeugen eines Pressverbandes zwischen dem Trägerrohr (10) und dem Bauteil (11, 12, 13) mittels [nnenhochdruckumformen unter Bildung einer erforderlichen Verbindungsfestigkeit zwischen dem Bauteil (11, 12, 13) und dem Trägerrohr (10).

10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass sich das Trägerrohr (10) durch ein Loch (15) in den Bauteilen (11 , 12, 13) wenigstens teilweise hindurch erstreckt, wobei die Materialanformung (16) im Loch (15) eingebracht wird.

11. Verfahren nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Materialanformung (16) durch ein Rändelverfahren in die Außenoberfläche des Trägerrohres (10) und/oder in das Loch (15) eingebracht wird.

12. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Bauteil (1 1, 12, 13) in einem schmiederohen Zustand auf das Trägerrohr (10) aufgesetzt wird, insbesondere dass das Loch (15) bei Aufsetzen des Bauteils (11 , 12, 13) einen schmiederohen Zustand aufweist.

13. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Bauteil (11, 12, 13) eine Funktionsfläche (11a, 12a) aufweist, die nach dem Erzeugen des Pressverbandes zwischen dem Trägerrohr (10) und dem Bauteil (11 , 12) mittels Innenhochdruckumformen durch ein spanendes Verfahren bearbeitet, insbesondere endbearbeitet wird.

14. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass mit dem innenhochdruckumformen zum Erzeugen des Pressverbandes zwischen dem Trägerrohr (10) und dem Bauteil (11 , 12, 13) weiterhin wenigstens eine Lagerstelle (18) am Trägerrohr (10) durch plastische Umformung erzeugt wird.