WO2012079656A1 - Verfahren und vorrichtung zur herstellung einer nockenwelle - Google Patents

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WO2012079656A1
WO2012079656A1 PCT/EP2011/004669 EP2011004669W WO2012079656A1 WO 2012079656 A1 WO2012079656 A1 WO 2012079656A1 EP 2011004669 W EP2011004669 W EP 2011004669W WO 2012079656 A1 WO2012079656 A1 WO 2012079656A1
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WO
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shaft
moldings
stop
angular position
camshaft
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PCT/EP2011/004669
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Michael Hinkel
Sebastian Schneider
Torsten Ludwig
Kai Rosenbaum
Frank Hoffmann
Steffen Mai
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Karl Utz Sondermaschinen (usk) GmbH
Volkswagen AG
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Karl Utz Sondermaschinen (usk) GmbH
Volkswagen AG
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Ceased legal-status Critical Current

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    • B23P11/005—Connecting or disconnecting metal parts or objects by metal-working techniques not otherwise provided for  by expanding or crimping
    • 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
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B23P—METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; COMBINED OPERATIONS; UNIVERSAL MACHINE TOOLS
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    • B23P11/025—Connecting or disconnecting metal parts or objects by metal-working techniques not otherwise provided for  by first expanding and then shrinking or vice versa, e.g. by using pressure fluids; by making force fits by using heat or cold
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16H—GEARING
    • F16H53/00—Cams or cam-followers, e.g. rollers for gearing mechanisms
    • F16H53/02—Single-track cams for single-revolution cycles; Camshafts with such cams
    • F16H53/025—Single-track cams for single-revolution cycles; Camshafts with such cams characterised by their construction, e.g. assembling or manufacturing features
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23P—METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; COMBINED OPERATIONS; UNIVERSAL MACHINE TOOLS
    • B23P2700/00—Indexing scheme relating to the articles being treated, e.g. manufactured, repaired, assembled, connected or other operations covered in the subgroups
    • B23P2700/02—Camshafts
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01L—CYCLICALLY OPERATING VALVES FOR MACHINES OR ENGINES
    • F01L1/00—Valve-gear or valve arrangements, e.g. lift-valve gear
    • F01L1/02—Valve drive
    • F01L1/04—Valve drive by means of cams, camshafts, cam discs, eccentrics or the like
    • F01L1/047—Camshafts
    • F01L2001/0471—Assembled camshafts

Definitions

  • the invention relates to a method for producing a camshaft intended for an internal combustion engine comprising a shaft and thereon to be defined in a defined angular position moldings, in particular cams, gears, bearings or the like, in which the moldings positioned with their openings or recesses on the shaft and in a defined angular position, in particular non-positively connected to the shaft. Furthermore, the invention relates to a device for carrying out the method.
  • Positioning devices that form-fit as negative profiles of the molded parts, wherein the molded parts additionally applied by a force applied to the positioning
  • Holding force for example by means of a negative pressure, are fixed in their joining position.
  • the shaft is inserted through openings in the mold parts and preferably by means of thermal deformation, such as cold stretching, positively connected to the moldings.
  • DE 101 50 092 C1 discloses a method for producing a camshaft, in which the parts are positioned in a mounting device outside a hydroforming press (hydroforming press) in a positional and functional manner.
  • the assembly of the shaft with the applied on her cam rings is outsourced from the clock by all parts belonging to the complete workpiece in their parts in a separate mounting device
  • the two-piece mounting device transported in the open tool of the hydroforming press.
  • the two-piece mounting device has the same mold cavity for receiving cams and other components to be mounted as the tool of the hydroforming press.
  • a vacuum is generated via channels or hoses, the cam rings and the
  • Hollow shaft in the upper part sucks and holds. Furthermore, a manufacturing method for camshafts by shrinking of moldings such as cams and bearing rings on a shaft is generally known from DE 32 47 636 C2. Possibilities for precise positioning and fixation of the moldings are not disclosed here.
  • the prior art is intended to allow a largely precise positioning of the molded parts on the shaft when joining the components of a camshaft, in the deviations of the mold parts from their relative to each other predetermined angular position, for example, by unintentional pulses when inserting the shaft, largely excluded.
  • the invention has for its object to provide a simple and flexible method of the type mentioned, which is universally applicable for different shapes and angular positions of the moldings on the shaft, the individual adaptation It enables a variety of low-cost camshaft designs, opening the option for an automated camshaft production process, and ensuring precise positioning of the components to be mated without additional holding power systems and no subsequent corrections. Furthermore, the invention has for its object to provide an apparatus for performing the method according to the invention.
  • the first object is achieved with a method according to the features of
  • a method in which the moldings are first mounted pivotally on the shaft relative to each other about the central longitudinal axis of the shaft and in which subsequently a relative rotation of each molded part is introduced relative to the shaft until at least one angular position determined by a stop for each molding is reached.
  • the stop can easily be provided adjustability of the stop, for example, to adapt to different camshaft types or to compensate for tolerances. It has already been shown that a post-processing of the camshaft can be largely avoided due to the precise method according to the invention.
  • the molded parts are successively arranged on the camshaft at a desired distance from each other and pivotable about the central longitudinal axis of the shaft or the respective shaft section, wherein the pivoting movement is optionally provided against a frictional resistance.
  • Angular position of each molded part is therefore set in particular without a change in the axial position on the shaft by a rotational movement of the molded part up to an individual stop.
  • a relative rotation of the molded part relative to the shaft takes place such that for each molded part at least one predetermined angular position is set by the fact that the pivotal movement of the molded part is limited by an associated stop.
  • the rotary motion introducing tool can be moved against a stop.
  • the tool is preferably not only circumferentially against the molding, but also has two defining the axial position
  • the movement and positioning for example, be initiated by a counter toothing, which is moved circumferentially against the gear and this both pivoted and fixed in the predetermined position.
  • the relative rotation could be achieved by a drag effect during the rotation of the shaft.
  • one or more moldings are pivoted by means of a common drive.
  • the shaft can first be fixed in a predetermined angular position, for example corresponding to a non-rotationally symmetrical flange or a shaping of the shaft, and then the shaped parts can be correspondingly rotated on the shaft.
  • the rotational movement of the molded parts can be carried out simultaneously or in a specific order in succession.
  • the rotational movement can be controlled away until the stop position is reached or the stop position is detected by means of a sensor.
  • the moldings with a suitable, in particular.
  • biasing force moves against the stop, so that the stop position reliably reached and held. This biasing force can also be obtained until the final fixing of the molded parts on the shaft.
  • a spring force and pneumatic or hydraulic clamping means can be used, which can be applied in a simple manner for all or more moldings with a matching pressure.
  • Pivotility possibly also against a frictional resistance is achieved in accordance with a particularly promising embodiment of the method in that the pivoting movement of the molded parts is achieved on the shaft by thermal shrinkage of the shaft or thermal expansion of the moldings, so that the subsequent
  • Temperature compensation leads to a reliable and permanent, in particular insoluble fixation of the moldings.
  • the shaft is cooled and / or heated the moldings, wherein the temperature difference is chosen so that a relative
  • the openings of the mold parts are dimensioned relative to the shaft diameter such that a rotational mobility results even with balanced temperature by the geometry.
  • the molded parts After reaching the predetermined desired position, the molded parts are fixed in the correct position on the shaft.
  • all methods known from the prior art are suitable for this purpose, wherein it is particularly advantageous if the fixation of the molded parts on the shaft is effected by subsequent deformation of the shaft, in particular after
  • the essential idea of the method according to the invention relates to the angular position of the molded parts relative to one another.
  • the moldings are aligned relative to the shaft.
  • the shaft is rotated, for example, in a first step in the desired desired position, wherein rotation of the shaft can also be carried out to a stop, if the shaft has a non-rotationally symmetrical shape or at least temporarily connected to such.
  • the stop is adjusted to accommodate different types of camshaft.
  • the stop is pivoted about a respective axis or delivered translationally to the shaft.
  • the attack in turn, for example, by means of a
  • Spring element against an adjusting means for example, a screw with a cone, be biased so as to be able to adjust a position of the stop in a desired manner by a rotational movement of the screw.
  • the object is achieved with a device for carrying out the method according to the invention, wherein the device is a receptacle for a shaft and thereon defined in a defined angular position moldings, in particular cams, gears, bearings or the like, and a drive unit with a drive and a contact surface for one or more mold parts for initiating a pivoting movement about the shaft and for adjusting the desired angular position of the respective molded part.
  • the molded parts are not positioned in the correct position in a respective holder in a first step, as in the prior art, and then the shaft is passed through the perforations or recesses of the molded parts.
  • each molded part is assigned a separate drive unit with an independent drive and a respective contact surface.
  • the device has a particular adjustable stop for limiting the pivoting movement corresponding to a desired angular position of the molded part.
  • the moldings are therefore pivoted to adjust the angular position against the stop and held there, for example, with a defined biasing force, so as to ensure a high accuracy in the positioning and reproducible manufacturing results.
  • stop for adjustment or adaptation to different designs pivotally movable or translationally movable, in particular so radially deliverable to the shaft executed.
  • the stop can be biased against a setting means according to a particularly promising embodiment by means of a spring element.
  • a set screw with a cone is suitable as an adjustment.
  • the stop can be designed to be movable, in particular pivotable, from a working position into a raking position in order to facilitate the removal of the finished camshaft.
  • the contact surface or the stops are arranged on an exchangeable receptacle of the device, so that they are correspondingly interchangeable with the receptacle for adaptation to different types.
  • the respective drives can be used regardless of the design for different contact surfaces.
  • FIG. 1 is a perspective view of a device according to the invention
  • Fig. 2 is a drive unit in a side view.
  • FIG. 1 shows a perspective view of the device 1 with a plurality of drive units 2
  • FIG. 2 shows a side view of one of the drive units 2.
  • camshaft consisting of a shaft 3 and thereon to be defined in a defined angular position
  • Moldings 4 in particular cams, gears, bearings or the like, it is necessary to produce the angular position of all moldings 4 relative to each other and to an alignment of the shaft 3.
  • the moldings 4 are first in a receptacle 5 of
  • Placed device 1 and the shaft 3 is inserted through the openings of the respective molded part 4 in the predetermined axial position.
  • a substantially different from the desired position of the mold parts 4 on the shaft 3 insertion position is selected.
  • the shaft 3 is fixed in a predetermined angular position in a clamping device 6 by means of clamping jaws 7.
  • the moldings 4 are in a thermally stretched state by heating
  • the device 1 has a respective molding 4 associated drive unit 2 with a drive 10 and a contact surface 11 for transmitting the torque from the drive 10 to the respective molded part 4.
  • a respective molding 4 associated drive unit 2 with a drive 10 and a contact surface 11 for transmitting the torque from the drive 10 to the respective molded part 4.
  • the drive 10 has a biased spring element 12, by which a rack 13 is biased relative to a housing 14 of the drive unit 2. If now a blocking of the spring element 12 is released, the translational movement of the
  • the molded part 4 is pivoted on the shaft 3 about the shaft axis.
  • the intermediate gear 15 can also be dispensed with the intermediate gear 15, so as to transmit the power of the rack 13 directly to the Achsrichtring 16.
  • the device 1 has an adjustable stop 8, which on a counter to a restoring force applied by a further spring element 17
  • pivotable stop lever 18 is designed as a contour adapted to the contour of the molding 4 shaping.
  • the pivotal movement of the stop lever 18 is limited by a conical portion 9 of a threaded spindle 19, which in the working position for limiting the pivotal movement of the molding 4 against a projection 20 of the Stop lever 18 is present.
  • the receptacles 5 and the drive unit 2 of the device 1 are arranged on a common holder 21 of the device 1 as a replaceable unit, so that a flexible production of different camshafts is made possible with significantly reduced set-up times.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung einer für eine Brennkraftmaschine bestimmten Nockenwelle bestehend aus einer Welle (3) und darauf in einer definierten Winkellage festzulegenden Formteilen (4), insbesondere Nocken, Zahnrädern, Lagerschalen oder dergleichen. Hierbei werden die auf der Welle (3) angeordneten Formteile (4) in einem durch Erwärmung thermisch gedehnten Zustand gegen einen feststehenden, aber einstellbaren Anschlag (8) um die Welle (3) in ihre jeweilige Sollposition gedreht. Hierzu hat die Vorrichtung eine einem jeweiligen Formteil (4) zugeordnete Antriebseinheit (2) mit einem Antrieb (10) und einer Anlagefläche (11) zur Übertragung des Drehmoments von dem Antrieb (10) auf das jeweilige Formteil (4). Durch einen einstellbaren Anschlag (8) kann die Vorrichtung problemlos an unterschiedliche Bauformen der Nockenwelle angepasst werden.

Description

Beschreibung
Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung einer Nockenwelle
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer für eine Brennkraftmaschine bestimmten Nockenwelle bestehend aus einer Welle und darauf in einer definierten Winkellage festzulegenden Formteilen, insbesondere Nocken, Zahnrädern, Lagerschalen oder dergleichen, bei dem die Formteile mit ihren Durchbrechungen oder Ausnehmungen auf der Welle positioniert und in einer definierten Winkellage insbesondere kraftschlüssig mit der Welle verbunden werden. Weiterhin betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.
Ein solches Verfahren sowie eine solche Vorrichtung beschreibt bereits die
DE 10 2007 056 638 A1, die sich insbesondere auf die Montage eines Verbunds aus einer Nockenwelle und einem Gehäuse bezieht. Die Vorrichtung verfügt über
Positioniereinrichtungen, die als Negativprofile der Formteile diese formschlüssig umfassen, wobei die Formteile zusätzlich durch eine an den Positioniereinrichtungen aufgebrachte
Haltekraft, beispielsweise mittels eines Unterdrucks, in ihrer Fügeposition fixiert werden. Nach erfolgter Positionierung der Formteile wird die Welle durch Öffnungen in den Formteilen eingeschoben und bevorzugt mittels thermischen Umformens, beispielsweise Kaltdehnens, mit den Formteilen kraftschlüssig verbunden.
Die DE 101 50 092 C1 offenbart ein Verfahren zur Herstellung einer Nockenwelle, bei dem die Teile in einer Montageeinrichtung außerhalb einer Innenhochdruckumformpresse (IHU-Presse) läge- und funktionsgerecht positioniert werden. Das Zusammensetzen der Welle mit den auf ihr aufzubringenden Nockenringen wird aus dem Takt ausgegliedert, indem in einer separaten Montageeinrichtung alle zu dem kompletten Werkstück gehörenden Teile in ihrer
funktionsgerechten Lage positioniert eingelegt werden. Im Oberteil der Montageeinrichtung angebrachte Klemmen oder Saugeinrichtungen sorgen dafür, dass alle Teile, wie insbesondere eine Hohlwelle, Nockenringe oder Antriebselemente, fixiert sind. Danach werden die
positionierten Teile gegen unzulässige Lageveränderungen gesichert von der
Montageeinrichtung in das geöffnete Werkzeug der IHU-Presse transportiert. Die zweiteilige Montageeinrichtung hat die gleichen Formnester für die Aufnahme von Nocken und anderen zu montierenden Bauteilen wie das Werkzeug der IHU-Presse. Um eine Lageveränderung während des folgenden Transports der Montageeinrichtung in die IHU-Presse auszuschließen, wird über Kanäle bzw. Schläuche ein Unterdruck erzeugt, der die Nockenringe und die
Hohlwelle im Oberteil ansaugt und festhält. Ferner ist allgemein durch die DE 32 47 636 C2 ein Herstellungsverfahren für Nockenwellen mittels Aufschrumpfens von Formteilen wie Nocken und Lagerringen auf eine Welle bekannt. Möglichkeiten für eine präzise Positionierung und Fixierung der Formteile sind hierbei nicht offenbart.
Der Stand der Technik soll beim Fügen der Bestandteile einer Nockenwelle eine weitgehend präzise Positionierung der Formteile auf der Welle ermöglichen, bei der Abweichungen der Formteile von ihrer relativ zueinander vorbestimmten Winkellage, beispielsweise durch unbeabsichtigte Impulse beim Einschieben der Welle, größtenteils ausgeschlossen werden.
Nachteilig ist bei den bekannten Lösungsansätzen, dass die Präzision bei der Positionierung und Fixierung der Formteile von den auf die Formteilkonturen zugeschnittenen Negativprofilen abhängt. Somit müssen individuelle Hilfswerkzeuge hergestellt werden, die zusätzlich noch aufwendig manuell oder durch ein komplexes Einlegesystem mit den Formteilen bestückt werden müssen. Dabei erschweren in der Praxis geringe Toleranzen der Negativprofile das Einlegen der Formteile. Abweichungen von der Soll-Position können jedoch beim Schließen der Werkzeug hälften zu einer erheblichen Beschädigung derselben führen.
Daher wird oftmals eine praxisgerechte Toleranz bei der Positionierung vorgesehen, die dazu führt, dass die Formteile nach dem Fügeprozess mit der Welle hinsichtlich ihrer Winkellage oder ihrer allgemeinen relativen Position auf der Welle nach bearbeitet werden müssen.
Eine nachträgliche, flexible Anpassung der Formteilaufnahme an die jeweilige Gestalt und an die relative Orientierung der Formteile zur Welle oder zu anderen Formteilen ist entweder nicht oder nur eingeschränkt möglich, sodass die jeweils hergestellte Vorrichtung oft nur für einen bestimmten Bautyp der Nockenwelle anwendbar ist.
Ferner sind bei den bekannten Lösungsansätzen zusätzliche Haltekräfte, beispielsweise durch Unterdruckerzeugung, magnetische Kräfte oder Klammern, erforderlich, sodass hierfür zusätzliche Bauteile an den Aufnahmen für die Formteile berücksichtigt werden müssen.
Vor diesem Hintergrund liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein einfaches und flexibles Verfahren der eingangs genannten Art zu schaffen, das universell für verschiedene Formen und Winkellagen der Formteile auf der Welle einsetzbar ist, das eine individuelle Anpassung an verschiedene Bauarten von Nockenwellen mit geringem Aufwand ermöglicht, das die Option für einen automatisierten Ablauf der Nockenwellenherstellung eröffnet und das eine präzise Positionierung der zu fügenden Bestandteile ohne zusätzliche Haltekraftsysteme und ohne nachträgliche Korrekturen sicherstellt. Weiterhin liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens zu schaffen.
Die erstgenannte Aufgabe wird gelöst mit einem Verfahren gemäß den Merkmalen des
Patentanspruchs 1. Die Unteransprüche betreffen besonders zweckmäßige Weiterbildungen der Erfindung.
Erfindungsgemäß ist also ein Verfahren vorgesehen, bei dem die Formteile zunächst auf der Welle relativ zueinander um die Mittellängsächse der Welle schwenkbeweglich aufgebracht werden und bei dem anschließend eine Relativdrehung jedes Formteils gegenüber der Welle eingeleitet wird, bis für jedes Formteil zumindest eine durch einen Anschlag vorbestimmte Winkellage erreicht ist. Hierdurch wird in überraschend einfacher Weise durch die Drehung der Formteile eine exakte Positionierung auf der Weile erreicht, bis diese gegen einen definierten Anschlag anliegen. Das in der Praxis aufwendige exakte Positionieren der Formteile in einer Negativform entfällt. Vielmehr genügt ein Anschlag, der als bloße Kontaktfläche oder als Negativform eines Umfangsbereichs des jeweiligen Formkörpers ausgeführt sein kann. Hierbei kann problemlos eine Einstellbarkeit des Anschlags vorgesehen werden, beispielsweise zur Anpassung an unterschiedliche Nockenwellentypen oder auch zum Ausgleich von Toleranzen. Dabei hat sich bereits gezeigt, dass eine Nachbearbeitung der Nockenwelle aufgrund des erfindungsgemäßen präzisen Verfahrens weitgehend vermieden werden kann. Bei der Montage zur Herstellung der Nockenwelle werden die Formteile nacheinander auf der Nockenwelle in einem gewünschten Abstand zueinander und um die Mittellängsachse der Welle bzw. des jeweiligen Wellenabschnitts schwenkbeweglich angeordnet, wobei die Schwenkbeweglichkeit gegebenenfalls auch entgegen eines Reibwiderstands vorgesehen ist. Die gewünschte
Winkellage jedes Formteils wird daher insbesondere ohne eine Änderung der axialen Position auf der Welle durch eine Drehbewegung des Formteils bis zu einem individuellen Anschlag eingestellt. Insbesondere erfolgt also eine Relativdrehung des Formteils gegenüber der Welle derart, dass für jedes Formteil zumindest eine vorbestimmte Winkellage dadurch eingestellt wird, dass die Schwenkbewegung des Formteils durch einen zugeordneten Anschlag begrenzt wird. Alternativ kann auch das die Drehbewegung einleitende Werkzeug gegen einen Anschlag verfahren werden. Das Werkzeug liegt dabei vorzugsweise nicht nur umfangsseitig gegen das Formteil an, sondern hat darüber hinaus auch zwei die axiale Position festlegende
Kontaktflächen. Weiterhin können für solche Formteile, die in mehreren Winkelstellungen angeordnet werden können, wie dies beispielsweise für ein Zahnrad zutrifft, alternative
Anschläge vorgesehen sein. Hier kann die Bewegung und Positionierung beispielsweise durch eine Gegenzahnung eingeleitet werden, die umfangsseitig gegen das Zahnrad verfahren wird und dieses sowohl verschwenkt als auch in der vorbestimmten Position fixiert.
Die Relativdrehung könnte durch einen Mitnahmeeffekt bei der Drehung der Welle erreicht werden. Besonders vorteilhaft ist es hingegen, wenn ein oder mehrere Formteile mittels eines gemeinsamen Antriebs verschwenkt werden. Hierbei kann die Welle zunächst in einer vorbestimmten Winkellage, beispielsweise entsprechend einem nicht rotationssymmetrischen Flansch oder einer Ausformung der Welle, fixiert werden und anschließend die Formteile entsprechend auf der Welle gedreht werden. Die Drehbewegung der Formteile kann hierbei gleichzeitig oder in einer bestimmten Reihenfolge nacheinander erfolgen.
Die Drehbewegung kann weggesteuert erfolgen, bis die Anschlagsposition erreicht bzw. die Anschlagsposition mittels einer Sensorik erfasst wird. Besonders vorteilhaft ist es hingegen, wenn die Schwenkbewegung insbesondere mittels eines Federelements kraftgesteuert eingeleitet wird. Hierdurch werden die Formteile mit einer geeigneten, insbesondere .
einheitlichen Vorspannkraft gegen den Anschlag bewegt, sodass die Anschlagsposition zuverlässig erreicht und gehalten wird. Diese Vorspannkraft kann auch bis zur abschließenden Fixierung der Formteile auf der Welle erhalten werden. Selbstverständlich können anstelle einer Federkraft auch pneumatische oder hydraulische Spannmittel eingesetzt werden, die in einfacher Weise für alle oder mehrere Formteile mit einem übereinstimmenden Druck beaufschlagt werden können.
Die zur Einstellung der Winkellage der Formteile auf der Welle erforderliche
Schwenkbeweglichkeit, gegebenenfalls auch entgegen eines Reibwiderstands, wird gemäß einer besonders Erfolg versprechenden Ausgestaltung des Verfahrens dadurch erreicht, dass die Schwenkbeweglichkeit der Formteile auf der Welle durch thermisches Schrumpfen der Welle oder thermisches Weiten der Formteile erreicht wird, sodass der anschließende
Temperaturausgleich zu einer zuverlässigen und dauerhaften, insbesondere unlösbaren Fixierung der Formteile führt. Hierzu wird also die Welle gekühlt und/oder die Formteile erwärmt, wobei die Temperaturdifferenz so gewählt wird, dass sich eine relative
Drehbeweglichkeit ergibt. Bei einer anderen, ebenfalls vorteilhaft realisierbaren Abwandlung der Erfindung werden die Durchbrechungen der Formteile relativ zu dem Wellendurchmesser derart bemessen, dass sich eine Drehbeweglichkeit auch bei ausgeglichener Temperatur durch die Geometrie ergibt.
Nach dem Erreichen der vorbestimmten Sollposition werden die Formteile auf der Welle lagerichtig festgelegt. Hierzu eignen sich prinzipiell alle nach dem Stand der Technik bekannten Verfahren, wobei es von besonderem Vorteil ist, wenn die Fixierung der Formteile auf der Welle durch anschließende Verformung der Welle, insbesondere nach dem
Innenhochdruckumformverfahren, erfolgt.
Der wesentliche Gedanke des erfindungsgemäßen Verfahrens betrifft die Winkelstellung der Formteile relativ zueinander. Besonders praxisgerecht ist es hingegen auch, wenn die Formteile relativ zu der Welle ausgerichtet werden. Hierzu wird die Welle beispielsweise in einem ersten Verfahrensschritt in die gewünschte Soll-Position gedreht, wobei ebenfalls eine Drehung der Welle bis zu einem Anschlag durchgeführt werden kann, sofern die Welle eine nicht- rotationssymmetrische Ausformung aufweist oder zumindest vorübergehend mit einer solchen verbunden wird.
Vorzugsweise wird der Anschlag zur Anpassung an unterschiedliche Typen der Nockenwelle eingestellt. Hierzu wird der Anschlag um eine jeweilige Achse verschwenkt oder translatorisch zur Welle zugestellt. Dabei kann der Anschlag seinerseits beispielsweise mittels eines
Federelements gegen ein Einstellmittel, beispielsweise eine Stellschraube mit einem Konus, vorgespannt sein, um so durch eine Drehbewegung der Stellschraube eine Position des Anschlags in gewünschter Weise anpassen zu können.
Nach der Fixierung der Formteile auf der Welle werden gemäß einer besonders sinnvollen Ausgestaltung des Verfahrens alle Anschläge gemeinsam von einer Arbeitsposition in eine Ruheposition bewegt, insbesondere verschwenkt, um die Entnahme der fertig gestellten Nockenwelle zu erleichtern.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß noch mit einer Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens gelöst, wobei die Vorrichtung eine Aufnahme für eine Welle sowie darauf in einer definierten Winkellage festzulegende Formteile, insbesondere Nocken, Zahnräder, Lagerschalen oder dergleichen, sowie eine Antriebseinheit mit einem Antrieb und einer Anlagefläche für ein oder mehrere Formteile zur Einleitung einer Schwenkbewebung um die Welle und zur Einstellung der gewünschten Winkellage des jeweiligen Formteils aufweist. Hierdurch werden die Formteile nicht etwa wie beim Stand der Technik in einem ersten Schritt lagerichtig in einer jeweiligen Halterung positioniert und anschließend die Welle durch die Durchbrechungen oder Ausnehmungen der Formteile hindurchgeführt. Vielmehr werden die Formteile lediglich hinsichtlich des gewünschten axialen Abstands auf der Welle positioniert und gegebenenfalls gegen axiales Abgleiten gesichert. Die für die herzustellende Nockenwelle entscheidende Genauigkeit der Winkellage der Formteile wird anschließend durch den Antrieb gesteuert eingestellt. Vorzugsweise ist jedem Formteil eine separate Antriebseinheit mit einem unabhängigen Antrieb sowie einer jeweiligen Anlagefläche zugeordnet.
Hierzu ist es besonders sinnvoll, wenn die Vorrichtung einen insbesondere einstellbaren Anschlag zur Begrenzung der Schwenkbewegung entsprechend einer gewünschten Winkellage des Formteils aufweist. Die Formteile werden daher zur Einstellung der Winkellage gegen den Anschlag verschwenkt und dort beispielsweise mit einer definierten Vorspannkraft gehalten, um so eine hohe Genauigkeit bei der Positionierung sowie reproduzierbare Herstellungsergebnisse sicherzustellen.
Dabei ist es besonders vorteilhaft, wenn der Anschlag zur Einstellung oder Anpassung an unterschiedliche Bauformen schwenkbeweglich oder translatorisch beweglich, insbesondere also radial zur Welle zustellbar, ausgeführt ist.
Zudem kann der Anschlag gemäß einer besonders Erfolg versprechenden Ausgestaltung mittels eines Federelements gegen ein Einstellmittel vorgespannt sein. Hierzu eignet sich als Einstellelement beispielsweise eine Stellschraube mit einem Konus.
Weiterhin kann der Anschlag von einer Arbeitsposition in eine Rüheposition beweglich, insbesondere schwenkbeweglich ausgeführt sein, um die Entnahme der fertig gestellten Nockenwelle zu erleichtern. Zudem erweist es sich als besonders praxisgerecht, wenn die Anlagefläche oder die Anschläge an einer austauschbaren Aufnahme der Vorrichtung angeordnet sind, sodass diese zur Anpassung an unterschiedliche Bauformen entsprechend austauschbar an der Aufnahme sind. Die jeweiligen Antriebe können dabei unabhängig von der Bauform für unterschiedliche Anlageflächen verwendet werden.
Die Erfindung lässt zahlreiche Ausführungsformen zu. Zur weiteren Verdeutlichung ihres Grundprinzips ist eine davon in der Zeichnung dargestellt und wird nachfolgend beschrieben. Diese zeigt in Fig. 1 eine perspektivische Darstellung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung
mit mehreren Antriebseinheiten;
Fig. 2 eine Antriebseinheit in einer Seitenansicht.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung 1 wird nachstehend anhand der Figuren 1 und 2 näher erläutert, wobei Figur 1 eine perspektivische Darstellung der Vorrichtung 1 mit mehreren Antriebseinheiten 2 und Figur 2 eine Seitenansicht einer der Antriebseinheiten 2 zeigt. Bei der Montage einer für eine Brennkraftmaschine bestimmten, nicht gezeigten Nockenwelle bestehend aus einer Welle 3 und darauf in einer definierten Winkellage festzulegenden
Formteilen 4, insbesondere Nocken, Zahnrädern, Lagerschalen oder dergleichen, ist es notwendig, die Winkellage aller Formteile 4 relativ zueinander und zu einer Ausrichtnut der Welle 3 herzustellen. Hierzu werden die Formteile 4 zunächst in einer Aufnahme 5 der
Vorrichtung 1 abgelegt und die Welle 3 durch die Durchbrechungen des jeweiligen Formteils 4 hindurch in die vorbestimmte axiale Position eingeschoben. Um das Einlegen der Formteile in die Vorrichtung 1 zu erleichtern, wird eine von der Sollposition der Formteile 4 auf der Welle 3 wesentlich abweichende Einlegeposition gewählt. Anschließend wird die Welle 3 in einer vorbestimmten Winkellage in einer Spannvorrichtung 6 mittels Klemmbacken 7 fixiert. Danach werden die Formteile 4 in einem durch Erwärmung thermisch gedehnten Zustand durch
Einleitung eines Drehmoments an den Formteilen 4 gegen einen feststehenden, aber einstellbaren Anschlag 8 gedreht. Hierzu hat die Vorrichtung 1 eine einem jeweiligen Formteil 4 zugeordnete Antriebseinheit 2 mit einem Antrieb 10 und einer Anlagefläche 11 zur Übertragung des Drehmoments von dem Antrieb 10 auf das jeweilige Formteil 4. In der dargestellten
Ausführungsform hat der Antrieb 10 ein vorgespanntes Federelement 12, durch das eine Zahnstange 13 gegenüber einem Gehäuse 14 der Antriebseinheit 2 vorgespannt ist. Wird nun eine Blockierung des Federelements 12 gelöst, wird die translatorische Bewegung der
Zahnstange 13 mittels eines Zwischenzahnrads 15 auf einen Achsrichtring 16 übertragen, mit dessen Anlagefläche 11 das Formteil 4 auf der Welle 3 um die Wellenachse yerschwenkt wird. Selbstverständlich kann auch auf das Zwischenzahnrad 15 verzichtet werden, um so die Kraft von der Zahnstange 13 unmittelbar auf den Achsrichtring 16 zu übertragen. Zur Begrenzung der Schwenkbewegung hat die Vorrichtung 1 einen einstellbaren Anschlag 8, welcher an einem entgegen einer durch ein weiteres Federelement 17 aufgebrachten Rückstellkraft
schwenkbeweglichen Anschlaghebel 18 als eine an die Kontur des Formteils 4 angepasste Ausformung ausgeführt ist. Die Schwenkbewegung des Anschlaghebels 18 ist durch einen konischen Abschnitt 9 einer Gewindespindel 19 begrenzt, welcher in der Arbeitsposition zur Begrenzung der Schwenkbewegung des Formteils 4 gegen einen Vorsprung 20 des Anschlaghebels 18 anliegt. Durch den so einstellbaren Anschlag 8 kann die Vorrichtung 1 problemlos an unterschiedliche Bauformen der Nockenwelle angepasst werden. Zugleich gestattet die Anordnung des Anschlags 8 an dem Anschlaghebel 18 ein einfaches
Verschwenken des Anschlaghebels 18 aus dem Arbeitsraum heraus, um so die Entnahme der fertig gestellten Nockenwelle zu erleichtern. Weiterhin sind die Aufnahmen 5 sowie die Antriebseinheit 2 der Vorrichtung 1 an einer gemeinsamen Halterung 21 der Vorrichtung 1 als eine austauschbare Baueinheit angeordnet, sodass eine flexible Fertigung unterschiedlicher Nockenwellen bei wesentlich reduzierten Rüstzeiten ermöglicht wird.
Bezugszeichen liste
Vorrichtung
Antriebseinheit
Welle
Formteil
Aufnahme
Spannvorrichtung
Klemmbacken
Anschlag
konischer Abschnitt
Antrieb
Anlagefläche
Federelement
Zahnstange
Gehäuse
Zwischenzahnrad
Achsrichtring
Federelement
Anschlaghebel
Gewindespindel
Vorsprung
Halterung

Claims

Ansprüche
1. Verfahren zur Herstellung einer für eine Brennkraftmaschine bestimmten Nockenwelle
bestehend aus einer Welle (3) und darauf in einer definierten Winkellage festzulegenden Formteilen (4), insbesondere Nocken, Zahnrädern, Lagerschalen oder dergleichen, bei dem die Welle (3) in Ausnehmungen der Formteile (4) positioniert wird und bei dem die
Formteile in einer definierten Winkellage insbesondere kraftschlüssig mit der Welle (3) verbunden werden, dadurch gekennzeichnet, dass die Formteile (4) zunächst auf der Welle (3) relativ zueinander schwenkbeweglich aufgebracht werden und anschließend eine Relativdrehung des Formteils (4) gegenüber der Welle (3) derart eingeleitet wird, bis für jedes Formteil (4) zumindest eine durch einen Anschlag (8) vorbestimmte Winkellage erreicht ist.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass ein oder mehrere Formteile (4) mittels eines gemeinsamen Antriebs (10) verschwenkt werden.
3. Verfahren nach den Ansprüchen 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die
Schwenkbewegung insbesondere mittels eines Federelements (12) kraftgesteuert eingeleitet wird.
4. Verfahren nach zumindest einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schwenkbeweglichkeit der Formteile (4) auf der Welle (3) durch thermisches Schrumpfen der Welle (3) und/oder thermisches Weiten der Formteile (4) erreicht wird.
5. Verfahren nach zumindest einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Fixierung der Formteile (4) auf der Welle (3) durch anschließende Verformung der Welle (3), insbesondere nach dem IHU-Verfahren, durchgeführt wird.
6. Verfahren nach zumindest einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Formteile (4) relativ zu der Welle (3) ausgerichtet werden.
7. Verfahren nach zumindest einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Anschlag (8) insbesondere zur Anpassung an unterschiedliche Typen der Nockenwelle eingestellt wird.
8. Verfahren nach zumindest einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Anschläge (8) gemeinsam von einer Arbeitsposition in eine Ruheposition bewegt, insbesondere verschwenkt werden.
9. Vorrichtung (1) mit einer Aufnahme (5) für eine Welle (3) sowie darauf in einer definierten Winkellage festzulegenden Formteilen (4), insbesondere Nocken, Zahnrädern,
Lagerschalen oder dergleichen, gekennzeichnet durch eine Antriebseinheit (2) mit einem Antrieb (10) und einer Anlagefläche (11) für ein oder mehrere Formteile (4) zur Einleitung einer Schwenkbewegung um die Welle (3) und Einstellung der gewünschten Winkellage des jeweiligen Formteils (4).
10. Vorrichtung (1) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (1) einen insbesondere einstellbaren Anschlag (8) zur Begrenzung der Schwenkbewegung entsprechend einer gewünschten Winkellage des Formteils (4) aufweist.
11. Vorrichtung (1) nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Anschlag (8) zur Einstellung oder Anpassung an unterschiedliche Bauformen schwenkbeweglich oder translatorisch beweglich ausgeführt ist.
12. Vorrichtung (1) nach zumindest einem der Ansprüche 10 oder 11 , dadurch gekennzeichnet, dass der Anschlag (8) mittels eines Federelements (17) gegen ein Einstellmittel (konischer Abschnitt 9) vorgespannt ist.
13. Vorrichtung (1) nach zumindest einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Anschlag (8) von einer Arbeitsposition in eine Ruheposition beweglich,
insbesondere schwenkbeweglich, ausgeführt ist.
14. Vorrichtung (1) nach zumindest einem der Ansprüche 9 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Anlagefläche (11) und/oder die Anschläge (8) an einer austauschbaren Halterung (21) der Vorrichtung (1) angeordnet sind.
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