WO2000051759A1 - Verfahren zur herstellung einer nockenwelle und danach hergestellte nockenwelle - Google Patents

Verfahren zur herstellung einer nockenwelle und danach hergestellte nockenwelle Download PDF

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WO2000051759A1
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camshaft
tube
cam
internal high
produced
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PCT/DE2000/000536
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Bodo Furchheim
Hoang Le Thien
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SE Sächsische Elektronenstrahl GmbH
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21D—WORKING OR PROCESSING OF SHEET METAL OR METAL TUBES, RODS OR PROFILES WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21D53/00—Making other particular articles
    • B21D53/84—Making other particular articles other parts for engines, e.g. connecting-rods
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21D—WORKING OR PROCESSING OF SHEET METAL OR METAL TUBES, RODS OR PROFILES WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21D53/00—Making other particular articles
    • B21D53/84—Making other particular articles other parts for engines, e.g. connecting-rods
    • B21D53/845—Making camshafts

Definitions

  • the invention relates to a method for producing camshafts and a camshaft produced by this method. It is preferably camshafts for engines for motor vehicles, but the method is also suitable for producing similar products, e.g. to produce cam disks arranged on a shaft. These are elements that convert a rotary movement into a lifting movement by the lifting elements running on rotating disks with different curvatures and being moved against the direction of rotation.
  • Camshafts are known which are made in one piece, i.e. are forged or cast.
  • the running surfaces of the cams, which are subject to wear, are remelted after mechanical machining by laser beams, electron beams or TIG or e.g. induction hardened or a thermal / chemical process. This is followed by further mechanical treatment, e.g. grinding the bearings and cam shapes.
  • the disadvantage of these camshafts is that their weight and the mass to be moved are very high. The high mass of the camshaft adversely affects fuel consumption. Another disadvantage is the high mechanical effort involved in processing the blank.
  • camshafts from individual parts.
  • the individual cams are placed on the shaft and preferably connected, pressed or shrunk onto it by welding.
  • the lack of the high weight of the solid cam disks from one piece has been eliminated, since the shaft can be a hollow shaft, but the manufacturing effort is still very high.
  • camshafts in such a way that an elongated hollow body, i.e. a hollow shaft by hydroforming - forming process (called hydroforming process). Formations acting as cams are produced individually or one after the other or simultaneously.
  • Corresponding two-part or four-part tools ensure by pushing the hollow shaft in the axial direction that the cams are defined in their position and that they are molded in one piece (WO 97/46341).
  • the camshaft produced by this method suffers from the deficiency that the manufacturing cost is lower than that of the forged or composite camshafts, but the wear resistance of the cam surface is insufficient. It is not possible to carry out the IHU procedure with a material that guarantees wear resistance.
  • the hardness and wear resistance of the cams is a basic requirement for a long service life of the camshafts in the motor vehicle. It is also very difficult, if at all possible, in the entire area of the camshaft, i.e. the shaft itself and especially the flanks and tips of the cam to achieve the necessary material thicknesses.
  • the invention has for its object to provide a method for the production of camshafts, by means of which the known internal high-pressure forming process can be used to produce camshafts which are firm, have little deflection, have high torsional strength and have a high degree of flexural rigidity in the load areas on the cam flank and - have top.
  • the manufacturing process should be simple. Applying an additional layer, i.e. Wear protection layer in a further process step should be omitted, as well as complex mechanical rework. The use of materials should be low. The number of individual parts required for the entire camshaft is said to be reduced compared to known manufacturing methods for camshafts.
  • the essence of the invention is that correspondingly hard and wear-resistant support rings with a small wall thickness and the final shape of the cam are produced in a separate process, these support rings are inserted into an IHU tool by hydroforming (called IHU) and by the IHU - Tool and axial forces introduced into the pipe in connection with over internal pressure generated by a pressure medium there is a one- or two-stage deformation of the tube to the camshaft.
  • IHU hydroforming
  • the cam is connected to the support ring in a positive and positive manner.
  • Known bearing elements are arranged at the ends of the camshaft and are fastened in a manner known per se.
  • a tube made of a material which fulfills the necessary properties for the deformation and mechanical requirements is known by kneading, also known as roller kneading, or upsetting, deformed in such a way that the tube is completely or partially plastically formed, or only the camshaft ends, for example ironed and / or thickened.
  • shaped elements for drive and control elements e.g. the seat created for gears.
  • the IHU process expands the tube in the area in which the cams are arranged, the support rings being previously inserted into the IHU tool according to the positions of the cams.
  • an advantageous embodiment of the method, or the shaft produced according to it is that the support rings, which are produced in a separate method, correspond on the outside to the function-related contour and have a somewhat larger diameter on the inside than the tube.
  • the wall thickness of the support ring is not uniformly thick, but has a greater thickness in the area of the cam tip. This means that the support ring has a variable thickness as cams and the inner contour is not a circle.
  • the method according to the invention essentially consists in combining two or more known modern manufacturing methods with one another.
  • Another advantageous embodiment of the method consists in that drive and / or control elements are also fastened to the shaft by the IHU method. Storage areas can also be created by expanding the pipe using the hydroforming process. The strain hardening of the pipe material that arises as a result of the plastic deformation process is particularly advantageous.
  • the camshaft produced by the method according to the invention is very light in weight due to the hollow cams and very thin-walled support rings and has high rigidity. There is the advantage that the support rings can be reworked mechanically or not at all. Their hardness is already given in accordance with the requirements, which saves the otherwise customary subsequent hardening, for example induction hardening or remelt hardening in a vacuum process.
  • the further development of the method provides an additional advantage in that, in contrast to all known production methods, round kneading or upsetting in connection with the IHU method requires very little production effort and thus also low costs. Above all, these are reduced by the fact that the number of separate parts to be manufactured and subsequently joined is very small.
  • the manufacturing according to the invention eliminates sources of error that could have occurred due to the previous joining of end pieces.
  • a major advantage of the method is that the kneading process can be used to produce functional elements which require geometry, dimensional accuracy and surface quality and very little mechanical rework. Often it only takes one grinding process to complete.
  • the camshaft produced by the method according to the invention consists of a small number of individual parts.
  • the cam rings are connected to the shaft in a force-fitting and positive manner.
  • the support ring is made of plastics or sintered materials compared to the prior art. These materials offer the advantage of simple manufacture at low manufacturing costs.
  • Ceramic materials can also be used. They have the advantage of being extremely wear-resistant and light in weight, making the lightest camshaft possible.
  • the tube is made of aluminum or titanium. This makes the camshaft very light.
  • Fig. 3 a detail as a longitudinal section through a cam on the shaft.
  • Fig. 4 a camshaft with ends deformed by kneading / upsetting
  • Fig.5 a camshaft with support rings of variable thickness in section 1 to 3 show the production of a camshaft by the IHU method.
  • the camshaft is produced close to the contour by IHU deformation in a press mold, i.e. the places where a cam 2 is seated is shaped according to the dimensions of the cam 2 and its location.
  • the shaft with its cam 2 is a single hollow body.
  • support rings 3 are produced independently, as can be seen from FIGS. 2 and 3.
  • a tube made of wear-resistant material is profiled so that the final shape of the support ring 3 (cam) is given and hardened.
  • the prefabricated tube 1 to be formed into the camshaft is pushed through the support rings 3 and inserted together with them into the opened forming tool. All individual parts are fixed in this way.
  • the forming tool is closed axially and the force transmission can be used radially for the forming.
  • the introduction of force begins with a defined axial force on the pipe 1 and / or the tool, supported by a defined internal pressure in the pipe 1.
  • a positive IHU process is used to form-fit and non-positively connect Pipe 1 and support ring 3.
  • Bearing or drive elements 5 are applied to the end of the pipe 1 in a known manner. It is also possible to attach them to pipe 1 using the hydroforming process.
  • Another example describes the production of a camshaft by the IHU method in combination with the kneading method according to FIG. 4.
  • the tube 1 made of a readily deformable material is thickened at its ends by kneading or upsetting. This reduces its inside diameter Di on one side and produces its outside diameter D A , so that a zone 6 reinforcing the camshaft is created.
  • a functional element 7 the seat of which is brought to its final dimension by grinding.
  • the inner diameter Di is likewise reduced by kneading or upsetting, at the same time as the kneading of the end already described, and a further functional element 7 (bearing seat, control cam, etc.) is created.
  • the collar 8 is also upset, which is necessary for flanging on other units.
  • the support rings 3 which correspond to the shape of the cams and the sprocket (not marked), which are produced in a separate process, are attached in a non-positive and positive manner by IHU process. To do this, the support rings 3 and the sprocket are inserted into the hydroforming tool.
  • the tube 1 made of a readily deformable material has an outer diameter d a .
  • the support ring 3 made of sintered metal has the function-related shape on the outside and is not a circle on the inside. Its inner diameter Dj is slightly larger than the outer diameter d a of the tube 1.
  • the thickness of the support ring 3 is not constant.
  • the height A which would arise if one assumed a constant supporting ring thickness, is greater than the height A 'of the maximum deformation of the tube 1, and thus the radius Rf in the region of the deformation of the tube 1 is greater than R, assuming the same thickness c of the support ring 3. In this area, the thickness c 'of the support ring 3 is greater and runs in the constant thickness c.

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
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  • Gears, Cams (AREA)

Abstract

Zur Herstellung von Nockenwellen wird gemäss der Anmeldung das bekannte Knetverfahren mit dem IHU - Verfahren derart kombiniert, dass durch kneten an den Enden Lager -, Antriebs- und Steuerelemente geschaffen werden. Im folgenden werden durch Innenhochdruck - Umformen vorgefertigte Tragringe und Ketten - oder Zahnräder kraft - und formschlüssig aufgebracht. Neben den Hauptanwendungsgebiet der Nockenwellen, kann das erfindungsgemässe Verfahren auch zur Herstellung von Wellen mit Kurvenscheiben usw. angewendet werden.

Description

Verfahren zur Herstellung einer Nockenwelle und danach hergestellte Nockenwelle
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Nockenwellen und eine nach diesem Verfahren hergestellte Nockenwelle. Vorzugsweise handelt es sich um Nockenwellen für Motoren für Kraftfahrzeuge, jedoch ist das Verfahren auch geeignet, um ähnliche Erzeugnisse, wie z.B. auf einer Welle angeordnete Kurvenscheiben herzustellen. Das sind Elemente, die eine Rotationsbewegung in Hubbewegung umsetzen, indem die Hubelemente auf rotierenden Scheiben mit unterschiedlicher Krümmung laufen und entgegen der Drehrichtung bewegt werden.
Es sind Nockenwellen bekannt, die aus einem Stück hergestellt, d.h. geschmiedet oder gegossen sind. Die Laufflächen der Nocken, die dem Verschleiß unterliegen, sind nach einer mechanischen spanenden Bearbeitung durch Laserstrahlen, Elektronenstrahlen oder WIG umgeschmolzen oder z.B. induktiv oder einem thermisch / chemischen Prozeß gehärtet. Danach erfolgt die weitere mechanische Behandlung, z.B. das Schleifen der Lager und der Nockenformen. Diese Nockenwellen haben den Nachteil, dass ihr Gewicht und die damit zu bewegende Masse sehr hoch ist. Die hohe Masse der Nockenwelle wirkt sich nachteilig auf den Kraftstoffverbrauch aus. Ein weiterer Nachteil ist der hohe mechanische Aufwand bei der Bearbeitung des Rohlings.
Es ist weiterhin bekannt, Nockenwellen aus Einzelteilen herzustellen. Die einzelnen Nocken werden auf die Welle gebracht und mit ihr vorzugsweise durch Schweißen verbunden, aufgepreßt oder aufgeschrumpft. Hierbei ist der Mangel des hohen Gewichts der massiven Kurvenscheiben aus einem Stück zwar beseitigt, denn die Welle kann eine Hohlwelle sein, jedoch ist der Aufwand der Herstellung noch sehr hoch.
In einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens ist es auch bekannt, die einzelnen Nocken auf der Hohlwelle derart zu befestigen, indem die Hohlwelle nach dem Aufschieben der Nocken durch Einwirken von Druck aufgeweitet wird. Als Druckmedien werden bevorzugt Flüssigkeiten verwendet. Der Druck wird mittels Kolben oder Stempel erzeugt ( DE 34 09 541 ; 35 21 206). Dieses Verfahren hat aber den Nachteil, dass die Herstellung der Einzelteile, insbesondere das Fügen , technologisch kompliziert ist und die Innenkontur der Nocken einschränkt.
Es ist weiterhin bekannt, Nockenwellen derart herzustellen, dass ein länglicher Hohlkörper, d.h. eine Hohlwelle durch Innenhochdruck - Umformverfahren (IHU- Verfahren genannt) Ausformungen als Nocken wirkend einzeln oder nacheinander oder gleichzeitig erzeugt werden.
Entsprechend zweiteilige oder vierteilige Werkzeuge gewährleisten durch das Nachschieben der Hohlwelle in axialer Richtung, dass die Nocken in ihrer Lage definiert entstehen und eine einstückige Ausformung erfolgt (WO 97/46341 ). Die nach diesem Verfahren hergestellte Nockenwelle ist jedoch mit dem Mangel behaftet, dass zwar die Herstellungskosten gegenüber den geschmiedeten oder zusammengesetzten Nockenwellen geringer sind, aber die Verschleißfestigkeit der Nockenfläche ist unzureichend. Es ist nicht möglich, mit einem Material, welches die Verschleißfestigkeit gewährleistet, das IHU - Verfahren auszuüben. Außerdem ist es nicht möglich bei geringem Abstand der Nocken auf der Welle, wie es in der Regel bei Kfz-Motoren erforderlich ist, eine ebene Lauffläche der Nocken zu erzeugen, denn an den Stellen des höchsten Umformgrades wird zwangsläufig das Material geschwächt, was die Festigkeit negativ beeinflußt.
Wird ein Material für die Hohlwelle verwendet, welches zur Verringerung dieser Mängel beiträgt, so läßt dieses zwar eine gute Verformung zu, aber die Härte bzw. Verschleißfestigkeit ist selbst durch einen nachfolgenden Härteprozeß nicht erreichbar. Gerade die Härte und Verschleißfestigkeit der Nocken ist aber Grundvorraussetzung für eine hohe Lebensdauer der Nockenwellen im Kfz-Motor. Es ist auch sehr schwer, wenn überhaupt möglich, im gesamten Bereich der Nockenwelle, d.h. der Welle selbst und speziell den Flanken und Spitzen des Nockens die notwendigen Materialdicken zu erreichen.
Es ist weiterhin bekannt , die Nockenbahn bildende Rohrabschnitte mit einer exzentrischen Profilierung herzustellen und diese unter Anwendung eines Pressitzverbundes zu verstärken. Die Herstellung des Nockens erfolgt durch Explosivumformung eines Rohres. Die einzelnen Nocken werden entsprechend zueinander versetzt auf der Nockenwelle befestigt ( DD 243 223). Diese derzeit hergestellten Nockenwellen erfordern einen hohen Herstellungsaufwand und haben ein hohes Gewicht. Der plastische Umformprozeß ist nicht zeitabhängig steuerbar.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung von Nockenwellen zu schaffen, mit welchem durch Anwendung des bekannten Innenhochdruck - Umformverfahrens Nockenwellen herstellbar sind, die fest sind, geringe Durchbiegung aufweisen, hohe Torsionsfestigkeit besitzen und eine hohe Biegesteifigkeit in den Belastungsflächen auf der Nockenflanke und - spitze besitzen. Das Herstellungsverfahren soll einfach sein. Ein Aufbringen einer zusätzlichen Schicht, d.h. Verschleißschutzschicht in einem weiteren Prozeßschritt soll entfallen, ebenso wie aufwendige mechanische Nacharbeiten. Der Materialeinsatz soll gering sein. Die Anzahl der erforderlichen Einzelteile für die gesamte Nockenwelle soll gegenüber bekannten Fertigungsverfahren für Nockenwellen reduziert sein.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe nach den Merkmalen des Anspruches 1 und 8 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Ansprüchen 2 bis 7 und 9 bis 17 beschrieben.
Das Wesen der Erfindung besteht darin, dass in einem getrennten Verfahren entsprechend harte und verschleißfeste Tragringe mit geringer Wanddicke und der endgültigen Form des Nockens hergestellt werden, diese Tragringe durch Innenhochdruck - Umformen (IHU genannt) in ein IHU - Werkzeug eingelegt und durch das IHU - Werkzeug und in das Rohr eingeleitete axiale Kräfte in Verbindung mit über ein Druckmedium erzeugte Innenkräfte eine ein - oder zweistufige Umformung des Rohres zur Nockenwelle erfolgt.
Mit Beendigung des Umformprozesses erfolgt die kraft - und formschlüssige Verbindung des Nockens mit dem Tragring. An den Enden der Nockenwelle sind an sich bekannte Lagerelemente angeordnet, die in an sich bekannter Weise befestigt werden.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens wird in einer Verfahrensstufe, die dem vorgenannten Verfahren vorangestellt ist, ein Rohr aus einem Werkstoff , der die erforderlichen Eigenschaften für die Verformung und mechanischen Anforderungen erfüllt, durch das bekannte Kneten, auch Rollkneten genannt ,oder das Anstauchen, derart verformt , dass das Rohr ganz oder teilweise oder nur die Nockenwellenenden plastisch umgeformt, also z.B. abgestreckt und / oder angedickt werden. An den Enden werden so Formelemente für Antriebs - und Steuerelemente, z.B. der Sitz für Zahnräder geschaffen. In der folgenden o.g. Verfahrensstufe wird durch das IHU - Verfahren das Rohr in dem Bereich, indem die Nocken angeordnet sind, aufgeweitet, wobei vorher in das IHU - Werkzeug die Tragringe entsprechend der Positionen der Nocken eingelegt werden.
Bei Nocken, die sehr spitz verlaufen tritt, wenn die Tragringe eine gleiche Wanddicke haben der Nachteil auf, dass das Rohr einem hohen Umformgrad unterliegt und unter Umständen ein mehrstufiger Umformprozeß erforderlich ist. Damit steigen die Herstellungskosten bei sinkender Produktivität. Weiterhin existieren außerhalb der Nockenwelle im Zylinderkopf Störkonturen zwischen bzw. neben den Nocken. Durch sie wird der zur Verfügung stehende Bauraum begrenzt und der IHU - Prozeß erschwert. Diese Einschränkung ist, wenn überhaupt, nur durch einen komplizierten, mehrstufigen IHU - Prozeß zu beseitigen. Das wiederum erfordert hohe Herstellungskosten. Daher besteht eine vorteilhafte Ausgestaltung des Verfahrens, bzw. der danach hergestellten Welle darin, dass die Tragringe, die ein einem getrennten Verfahren hergestellt werden, außen der funktionsbedingten Kontur entsprechen und im Innern einen etwas größeren Durchmesser als das Rohr aufweisen. Die Wandstärke des Tragringes ist nicht gleichmäßig dick, sondern weist im Bereich der Nockenspitze eine größere Dicke auf. Das bedeutet, der Tragring hat als Nocken eine variable Dicke und die Innenkontur ist kein Kreis.
Das erfindungsgemäße Verfahren besteht im Wesentlichen darin, dass zwei oder mehrere bekannte moderne Fertigungsverfahren miteinander kombiniert werden.
Es ist vorteilhaft, mindestens eine Rille radial in den Tragring einzubringen, um das seitliche Verschieben des Tragringes zu verhindern, indem bei der Druckeinwirkung sich diese Rille mit Material der Welle ausfüllt.
Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung des Verfahrens besteht darin, dass Antriebs - und / oder Steuerelemente auch durch das IHU - Verfahren auf der Welle befestigt werden. Ebenso können Lagerflächen auch durch Aufweiten des Rohres durch das IHU - Verfahren erzeugt werden. Besonders die infolge des plastischen Verformungsprozesses entstehende Kaltverfestigung des Rohrmaterials ist vorteilhaft. Die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellte Nockenwelle ist durch die hohlen Nocken und sehr dünnwandigen Tragringe im Gewicht sehr leicht und besitzt eine hohe Steifigkeit. Es besteht der Vorteil, dass die Tragringe nicht oder nur wenig mechanisch nachzuarbeiten sind. Ihre Härte ist entsprechend den Anforderungen bereits gegeben, was das sonst übliche nachträgliche Härten, z.B. das Induktionshärten oder Umschmelzhärten in einem Vakuumprozeß erspart.
Durch die weitere Ausgestaltung des Verfahrens tritt ein zusätzlicher Vorteil ein, indem das Rundkneten oder Stauchen in Verbindung mit dem IHU - Verfahren im Gegensatz zu allen bekannten Herstellungsverfahren einen sehr geringen Fertigungsaufwand und damit auch geringe Kosten erfordert. Diese werden vor allem dadurch noch vermindert, dass die Anzahl der getrennt zu fertigenden und anschließend zu fügenden Einzelteile sehr gering ist. Durch die Fertigung gemäß der Erfindung entfallen Fehlerquellen, die durch das bisherige Fügen von Endstücken auftreten konnten. Ein wesentlicher Vorteil des Verfahren besteht auch darin, dass durch den Knetprozeß Funktionselemente herstellbar sind, die in ihrer Geometrie, Maßhaltigkeit und Oberflächengüte und eine sehr geringe mechanische Nacharbeit erfordern. Es bedarf oft nur eines Schleifprozesses zur Fertigstellung.
Die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellte Nockenwelle besteht aus einer geringen Zahl von Einzelteilen. Mit Beendigung des Umformprozesses sind die Nockenringe kraft - und formschlüssig mit der Welle verbunden.
Es ist auch vorteilhaft, den Tragring an der dem Rohr zugewandten Seite ein - oder beidseitig mit Fasen zu versehen. Dadurch wird auch das seitliche Verschieben auf der Welle verhindert.
Eine vorteilhafte Ausführung der Tragringe besteht darin, dass der Tragring gegenüber dem Stand der Technik aus Kunststoffen oder Sinterwerkstoffen besteht. Diese Materialien bieten den Vorteil der einfachen Fertigung bei niedrigen Herstellkosten.
Desweiteren können Keramikwerkstoffe zum Einsatz kommen. Sie haben den Vorteil bei höchsten Verschleißfestigkeiten und geringstem Gewicht damit die leichteste Nockenwelle herzustellen.
Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Nockenwelle besteht darin, dass das Rohr aus Aluminium oder Titan besteht. Dadurch wird die Nockenwelle sehr leicht.
An zwei Ausführungsbeispielen wird die Erfindung beschrieben. Die zugehörigen Zeichnungen zeigen in
Fig.1 : einen Längsschnitt durch eine fertige Nockenwelle,
Fig.2: einen Querschnitt durch einen Nocken auf der Welle,
Fig.3: einen Ausschnitt als Längsschnitt durch einen Nocken auf der Welle.
Fig.4: eine Nockenwelle mit durch Rundkneten / Stauchen verformten Enden
Fig.5: eine Nockenwelle mit Tragringen variabler Dicke im Schnitt Die Fig. 1 bis 3 zeigen die Herstellung einer Nockenwelle nach dem IHU - Verfahren.
An einem dünnwandigen Rohr 1 aus einem gut verformbaren Material wird durch IHU- Verformung in einer Preßform die Nockenwelle konturennah hergestellt, d.h. die Stellen, wo eine Nocke 2 ihren Sitz hat wird entsprechend den Abmessungen der Nocke 2 und ihre Lage ausgeformt. Die Welle mit ihrem Nocken 2 ist ein einziger Hohlkörper. In einem bekannten Prozeß werden unabhängig Tragringe 3 , wie aus Fig.2 und 3 ersichtlich hergestellt. Dazu z.B. wird ein Rohr aus verschleißfestem Material so profiliert, dass die endgültige Form des Tragringes 3 (Nockens) gegeben ist und gehärtet. Das zur Nockenwelle umzuformende vorgefertigte Rohr 1 wird durch die Tragringe 3 geschoben und gemeinsam mit ihnen in das geöffnete Umformwerkzeug eingelegt. Alle Einzelteile sind auf diese Weise lagefixiert. Das Umformwerkzeug wird axial geschlossen und radial kann die Krafteinleitung zur Umformung einsetzen. Die Krafteinleitung beginnt mit einer definierten axialen Kraft auf das Rohr 1 und /oder das Werkzeug, unterstützt von einem definierten Innendruck im Rohr 1. Nach dem vollständigen Schließen des Werkzeuges axial und radial erfolgt mit einem reinen IHU- Prozeß das form- und kraftschlüssige Verbinden von Rohr 1 und Tragring 3. Auf das Ende des Rohres 1 sind Lager - oder Antriebselemente 5 in bekannter Weise aufgebracht. Es ist auch möglich, diese durch den IHU - Prozeß auf dem Rohr 1 zu befestigen.
Es ist auch möglich im Innern des Tragringes 3 radial eine Rille 4 einzubringen, wodurch der Halt auf dem Nocken 2 verbessert wird, indem diese Rille 4 sich mit dem Material des Rohres 1 ausfüllt. Möglich ist es auch, den Tragring 3 am Innendurchmesser mit Phasen zu versehen , die sich beim abschließenden IHU - Prozeß mit Material füllen.
An einem weiteren Beispiel wird die Herstellung einer Nockenwelle durch das IHU - Verfahren in Kombination mit dem Knetverfahren gemäß Fig. 4 beschrieben.
Das Rohr 1 aus einem gut verformbaren Material wird an seinen Enden durch Rundkneten oder Stauchen verdickend verformt. Auf einer Seite wird dadurch sein Innendurchmesser Di verringert und sein Außendurchmesser DA hergestellt, so dass eine die Nockenwelle verstärkende Zone 6 entsteht. Am äußersten Ende entsteht ein Funktionselement 7, dessen Sitz durch Schleifen auf sein Endmaß gebracht wird. Am anderen Ende wird ebenfalls durch Kneten oder Stauchen , zugleich mit dem Kneten des bereits beschriebenen Endes ebenfalls der Innendurchmesser Di verringert und ein weiteres Funktionselement 7 (Lagersitz, Steuernocken usw) geschaffen. Im folgenden Verfahrensschnitt wird auch der Bund 8 mit angestaucht, der zum Anflanschen anderer Aggregate erforderlich ist.
Nach der ersten Verfahrensstufe werden die in einem getrennten Verfahren hergestellten Tragringe 3, die der Form der Nocken entsprechen und das Kettenrad (nicht gekennzeichnet) kraft - und formschlüssig durch IHU - Verfahren angebracht. Dazu werden die Tragringe 3 und das Kettenrad in das IHU - Werkzeug eingelegt.
In Fig. 5 ist eine Ausführungsform der Nockenwelle gezeigt, bei der der Tragring 3 eine unterschiedliche Dicke besitzt. Das Rohr 1 aus einem gut verformbaren Material hat einen Außendurchmesser da . Der Tragring 3 aus Sintermetall hat außen die funktionsbedingte Form und ist Innen kein Kreis. Sein Innendurchmesser Dj ist etwas größer als der Außendurchmesser da des Rohres 1. Die Dicke des Tragringes 3 ist nicht konstant. Die Höhe A, die entstehen würde wenn man von einer konstanten Tragringdicke ausgeht, ist größer als die Höhe A' der maximalen Verformung des Rohres 1 , und somit ist der Radius Rf im Bereich der Verformung des Rohres 1 größer gegenüber R, bei angenommener gleichen Dicke c des Tragringes 3. In diesem Bereich ist die Dicke c' des Tragringes 3 größer und verläuft in die konstante Dicke c.
Wenn auch der Tragring 3 in dieser Form in seiner Herstellung geringfügig teuerer ist, so überwiegen die verringerten Kosten für den IHU - Prozeß, der einstufig möglich wird.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur Herstellung einer Nockenwelle aus einem Rohr, welches durch Einwirkung axialer Kräfte und eines Mediums unter hohem Innendruck verformt wird, dadurch gekennzeichnet, dass die in einem getrennten Verfahren hergestellten, der Nockenkontur, der erforderlichen Härte, Festigkeit und Verschleißfestigkeit entsprechenden Tragringe in ein Innenhochdruck - Umformwerkzeug gemeinsam mit dem umzuformenden Rohr einlegt werden, und dass durch Einwirkung von Axialkräften und eines Mediums unter Innenhochdruck durch Aufweiten des Rohres die Tragringe kraft - und formschlüssig befestigt werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass in einem ersten Verfahrensschritt vor dem Innenhochdruck - Umformen Bereiche, vorzugsweise Enden des Rohres, die außerhalb des Bereiches sind, in denen die Nocken ihren Sitz haben derart geknetet und / oder gestaucht werden, dass diese aufgedickt und / oder abgestreckt werden und dabei andere Funktionselemente gebildet werden.
3. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass zwischen den Nockenwellenenden in dem ersten Verfahrensschritt vor dem Innenhochdruck - Umformen Lagerflächen und die späteren Bereiche in denen die Nocken ihren Sitz haben durch Rundkneten erzeugt werden, indem der Durchmesser in diesem Bereich auf ein gewünschtes Maß reduziert wird.
4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen Nocken Lagerflächen durch Innenhochdruck - Umformen durch Aufweiten des Rohres erzeugt werden.
5. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Tragringe vor dem Einlegen in das Innenhochdruck - Umformwerkzeug in bekannter Weise gehärtet werden.
6. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass ein in einem getrennten Verfahren hergestelltes Zahn - oder Kettenrad in das Innenhochdruck - Umformwerkzeug eingelegt wird und durch das Innenhochdruck - Umformen kraft - und / oder formschlüssig verbunden wird.
7. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass nach dem Herstellen der verdickten oder verjüngten Enden der Nockenwelle durch Rundkneten in einem diesem Verfahrensschritt integrierten zusätzlichen Verfahrensschritt eine Innenverzahnung und / oder ein Gewinde hergestellt wird.
8. Nockenwelle, hergestellt nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Nockenwelle aus einem Rohr (1 ) durch ein Innenhochdruck - Umformverfahren derart hergestellt ist, dass die Welle konturennah alle Nocken (2) in Form und Stellung in einem Stück aufweist, dass auf den ausgeformten Nocken (2) ein nach der Nockenkontur geformter Tragring (3) aus hartem, verschleißfesten Material kraft - und formschlüssig aufgebracht ist, das an den Enden in bekannter Weise Lagerelemente und / oder Antriebs - und / oder Steuerelemente (5) angebracht sind.
9. Nockenwelle nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Tragringe (3) gleiche Wanddicke besitzen.
10. Nockenwelle nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Dicke der Tragringe (3) variable ist, wobei im Bereich der Nockenspitze die Dicke größer ist.
11. Nockenwelle nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Tragring (3) aus Sintermetall, Kunststoff oder Keramik besteht.
12. Nockenwelle nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Rohr (1) aus Aluminium, Magnesium oder Titan oder dessen Legierungen besteht.
13. Nockenwelle nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Enden des Rohres (1) durch Kneten derart verformt sind, daß durch Aufweiten oder Verjüngen der ursprünglichen Durchmesser (D, ; da ) des Rohres (1 ) Lagerflächen. Antriebs - und / oder Steuerelemente und Innen - und / oder Außengewinde erzeugt sind.
14. Nockenwelle nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebs - und Steuerelemente, vorzugsweise Ketten - oder Zahnräder, durch Innenhochdruck - Umformverfahren aufgebracht sind.
15. Nockenwelle nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Tragring (3) und Antriebs - und Steuerelemente mindestens eine radial verlaufende Rille (4) angebracht ist.
16. Nockenwelle nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die dem Rohr (1) zugewandte Seite des Tragringes (3) und die Antriebselemente ein - oder beidseitig auf der dem Rohr (1 ) zugewandten Seite Fasen aufweist.
17. Nockenwelle nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Tragring (3) vor dem Aufbringen auf den ausgeformten Nocken gehärtet ist.
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