DE19740322C1 - Verfahren zum Herstellen von Nockenwellen mit Nocken für die Ventilsteuerung von Verbrennungskraftmaschinen, insbesondere Kraftfahrzeugmotoren, sowie entsprechend hergestellte Nockenwelle - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen von Nockenwellen mit Nocken für die Ventilsteuerung von Verbrennungskraftmaschinen, insbesondere Kraftfahrzeug­ motoren, wonach die Nocken im Wege einer Innenhoch­ druckumformung aus einer Hohlwelle geformt werden, und wonach Nockenwellenabschnitte aus Hohlwellenabschnitten mit einem oder mehreren Nocken erzeugt und dann die hohlen Nockenwellenabschnitte mit den hohlen Nocken im Wege einer Adhäsiv-Verbindung axial gefügt werden, sowie eine entsprechend herge­ stellte Nockenwelle.

Bei einem Verfahren der eingangs beschriebenen Ausbildung wird regelmäßig so vorgegangen, daß die einzelnen Nocken­ wellenabschnitte bzw. Hohlwellenabschnitte mittels Preß­ sitzen miteinander verbunden werden. Zwar wird hier auch die Innenausformung von Einzelfunktionsprofilen ange­ sprochen, wie jedoch einer Materialverdünnung insbesondere im Bereich der Nockenspitzen entgegenzuwirken ist, bleibt offen (vgl. DE 196 06 732 A1).

Darüber hinaus ist ein Verfahren zur Herstellung von hohlen Nockenwellen mittels eines zweistufigen Innenhochdruck­ umformverfahrens bekannt. Dabei sollen in der ersten Stufe durch Innenhochdruckumformung mit Längsstauchung Material­ anhäufungen in etwa an den Stellen entstehen, an denen Nocken erzeugt werden sollen. In einer zweiten Stufe wird ebenfalls durch Innenhochdruckumformen die Zwischenprodukt­ vorform in eine der endgültigen Nockenwelle entsprechenden Form umgeformt. Hierdurch soll eine besonders wirtschaft­ liche Herstellung hohler Nockenwellen gewährleistet sein (vgl. DE 44 27 201 C1).

Darüber hinaus ist eine gebaute Nockenwelle bekannt, welche aus wenigstens zwei vorgefertigten halbschalenförmigen Blechformlingen besteht. Diese werden in einer achs­ parallelen und die Nockenwellenachse einschließenden Füge­ ebene miteinander verbunden. Hierdurch will man mit geringem Fertigungsaufwand eine Nockenwelle minimierter Eigenmasse herstellen (vgl. DE 44 37 396 A1).

Darüber hinaus ist ein Verfahren bekannt, wonach die einzelnen Nocken in einem Formwerkzeug mit mehreren winkel­ versetzten Nockengravuren nacheinander erzeugt werden und dazu die einzelnen Nockengravuren sequentiell durchwandern. Dies ist in anlagentechnischer und fertigungstechnischer Hinsicht aufwendig (vgl. US 2 892 254). Außerdem muß auch nach dem bekannten Verfahren im Bereich der Nockenspitzen eine Materialverdünnung und folglich Verschleißanfälligkeit in Kauf genommen werden.

Schließlich kennt man Nockenwellen, die aus einer Hohlwelle sowie Nockenringen und Lagerringen aufgebaut sind. Die Nocken- und Lagerringe sind in diesem Fall aus entsprechend geformten Rohrabschnitten mit im wesentlichen gleicher Wandstärke hergestellt. Sie werden lagegerecht auf die Hohlwelle geschoben und in einem Gesenk in ihren vorge­ gebenen Positionen eingespannt. Dann wird in die Hohlwelle ein dem Innendurchmesser der Hohlwelle entsprechender Gummistab eingeschoben und derart zusammengepreßt, daß sich die Hohlwelle aufweitet, bis die Nocken- und Lagerringe in ihren Positionen auf der Hohlwelle befestigt sind. Das kann auch im Wege einer hydraulischen Aufweitung gelingen (vgl. DE 25 46 802 A1). In diesem Fall ist eine Vorfertigung der Nocken und Lagerringe in Abstimmung auf die Hohlwelle und die endgültige Positionierung erforderlich.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren anzugeben, wonach sich Nockenwellen aus einer Hohlwelle im Wege einer Innenhochdruckumformung einfach, rationell, funktionsgerecht und preiswert herstellen lassen. Außerdem soll eine entsprechende Nockenwelle geschaffen werden.

Diese Aufgabe löst die Erfindung bei einem gattungsgemäßen Verfahren dadurch, daß zumindest eine Metallplatte mit in einem oder mehreren vorgegebenen Bereichen vorgesehenen Querschnittsverdickungen zu der Hohlwelle mit demzufolge unterschiedlicher Wanddicke gebogen wird, wobei einzelne Hohlwellenabschnitte eine oder mehrere Wandverdickungen aufweisen, und wobei die Nocken im Bereich der jeweiligen Wandverdickung ausgeformt werden. Nach einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung werden hohle Nockenwellen­ abschnitte mit lediglich zwei Nocken erzeugt. Die Verbin­ dung der einzelnen Nockenwellenabschnitte kann mit herkömm­ lichen Schweiß- oder Lötverfahren erfolgen. Bei Schweiß­ verfahren werden solche bevorzugt, die nur wenig Wärme in das Werkstück einbringen, wie z. B. Laserschweißen, Kondensatorentladungsschweißen und dergleichen. Lötver­ fahren können dann vorteilhaft sein, wenn die Tempera­ turführung mit der der Oberflächenhärtung übereinstimmt. Im Rahmen der Erfindung können jederzeit mehrere Nocken­ wellenabschnitte in einem einzigen Arbeitsgang im Wege der Innenhochdruckumformung erzeugt werden, so daß z. B. vier oder mehr Nockenwellenabschnitte für eine vollständige Nockenwelle in einem einzigen Arbeitshub gepreßt werden. Unter Berücksichtigung der Tatsache, daß nach Lehre der Erfindung vorzugsweise Nockenwellenabschnitte mit nur zwei Nocken erzeugt werden, kann im Zuge des Innenhoch­ druckumformens jeweils von einer Seite aus Material in die Nocken nachgepreßt werden. Auf die Weise läßt sich eine Wandverdünnung im Bereich der Nockenspitzen verhindern oder zumindest stark reduzieren. Darüber hinaus kommt man bei dem erfindungsgemäßen Verfahren mit verhältnismäßig einfachen Formwerkzeugen aus. Bei der Herstellung von Nockenwellenabschnitten mit maximal zwei Nocken genügt der Einsatz eines zweiteiligen Formwerkzeuges, welches wenig störanfällig ist und verhältnismäßig verschleißarm ist.

Durch die Verwendung einer Hohlwelle mit unterschiedlicher Wanddicke kann die Nockenspitze mit der gleichen oder einer größeren Wanddicke als die übrige Hohlwelle gefertigt werden. Dazu wird die Hohlwelle bzw. das hohle Rohr mit der entsprechenden Wandverdickung in Richtung der zu er­ zeugenden Nockenspitze in das Formwerkzeug eingebracht. Weiterhin besteht die Möglichkeit, den Materialfluß und die Wandstärken so zu optimieren, daß die Umformstößel zentrisch belastet werden und folglich verhindert wird, daß Material in den Hohlwellenbereichen, welche den Nocken entgegengesetzt sind, blockiert und dadurch die Umform­ stößel verkanten oder erhöhtem Verschleiß unterliegen.

Nach einem anderen Vorschlag der Erfindung ist vorgesehen, daß die Hohlwellenabschnitte mit einer überdimensionierten Wandstärke unter Berücksichtigung einer Bearbeitungszugabe zur Erzeugung von hohlen Nockenwellenabschnitten mit ausgeformten Nocken verwendet werden. In diesem Fall wird davon ausgegangen, daß eine Bearbeitung der ausgeformten Nocken zwingend erforderlich ist. Diese Nachbearbeitung kann auch an der gefügten Nockenwelle geschehen. - Nach einer anderen Ausführungsform sieht die Erfindung vor, daß aus Stahlblechplatten Hohlwellenabschnitte gebogen und im Bereich ihrer gestoßenen Längsnähte verschweißt werden, und daß aus den längsnahtverschweißten Hohlwellenabschnitten hohle Nockenwellenabschnitte mit im Bereich der Quer­ schnittsverdickung bzw. -verdickungen ausgeformten Nocken erzeugt werden. In diesem Zusammenhang besteht auch die Möglichkeit, eine Hohlwelle aus einer Stahlblechplatte herzustellen und in einzelne Hohlwellenabschnitte zu unter­ teilen, z. B. zu sägen, um dann an den Hohlwellenab­ schnitten im Wege der Innenhochdruckumformung Einzelnocken auszuformen und diese Hohlwellenabschnitte dann zu einer vollständigen Nockenwelle zu fügen.

Ferner besteht im Rahmen der Erfindung die Möglichkeit, daß die Nockenwellenabschnitte zugleich mit ausgeformten Lager­ bunden erzeugt werden. Tatsächlich läßt sich das Formen von Lagerstellen und Nebenformelementen in den Umformprozeß integrieren. Die axial gefügte Nockenwelle kann vorteil­ hafter Weise auch genutet werden, um veränderte Winkel­ stellungen der Nocken darzustellen. Die nach Lehre der Erfindung erzeugten Nockenwellenabschnitte werden an­ schließend auf Maß gelängt und zu einer Mehrzylinder­ nockenwelle zusammengeschweißt. Die so entstandenen Nockenwellenrohlinge werden anschließend nachbearbeitet und gehärtet. Dazu stehen herkömmliche Bearbeitungsverfahren zur Verfügung.

Im Ergebnis gelingt die einfache, rationelle, funktions­ sichere und preiswerte Herstellung von Nockenwellen für die Ventilsteuerung von Verbrennungskraftmaschinen und insbesondere Kraftfahrzeugmotoren.

Für eine eventuelle Gebrauchsmusterabzweigung ist Gegenstand der Erfindung auch eine Nockenwelle, die aus einer Hohlwelle mit ausgeformten Nocken besteht, wobei die Nockenwelle aus hohlen Nockenwellenabschnitten mit jeweils einem oder mehreren ausgeformten hohlen Nocken aufgebaut und axial gefügt ist. Diese Nockenwelle ist dadurch gekennzeichnet, daß die Hohlwelle aus zumindest einer gebogenen Metallplatte mit in einem oder mehreren Bereichen vorgesehenen Querschnittsverdickungen mit demzufolge unter­ schiedlicher Wanddicke hergestellt ist, wobei die Nocken­ wellenabschnitte im Bereich der ausgeformten Nocken bzw. Nockenspitzen eine gleiche oder verstärkte Wandausbildung bzw. Wandverdickung aufweisen. Die Nockenwellenabschnitte weisen vorzugsweise maximal zwei Nocken auf. Die Nockenwelle kann ferner ausgeformte Lagerbunde besitzen. Weiter sieht die Erfindung vor, daß die Hohlwelle in ihrem Ausgangszustand einen kreisrunden Außendurchmesser und einen exzentrischen Innendurchmesser oder einen kreisrunden Innendurchmesser und einen exzentrischen Außendurchmesser zur Erzielung einer größeren Wandstärke im Bereich der auszuformenden Nocken aufweist. In diesem Zusammenhang besteht aber auch die Möglichkeit, daß die Hohlwelle in ihrem Ausgangszustand einen ovalen Außenquerschnitt und einen kreisrunden Innenquerschnitt oder einen kreisrunden Außenquerschnitt und einen ovalen Innenquerschnitt oder aber einen ovalen Außenquerschnitt und einen ovalen Innenquerschnitt aufweist, der zu dem Außenquerschnitt um eine vorgegebene Winkelstellung versetzt angeordnet ist. Auch dadurch lassen sich Wandverstärkungen im Bereich der auszuformenden Nocken verwirklichen.

Im folgenden wird die Erfindung anhand einer lediglich ein Ausführungsbeispiel darstellenden Zeichnung näher er­ läutert. Es zeigen:

Fig. 1 einen nach dem erfindungsgemäßen Verfahren herge­ stellten Nockenwellenabschnitt mit zwei um 90° ver­ setzten Nocken im Längsschnitt,

Fig. 2 einen Vertikalschnitt A-A durch den Gegenstand nach Fig. 1 mit einer Wandverdickung im Bereich der Nockenspitze,

Fig. 3 eine Nockenwelle mit mehreren aneinander gefügten Nockenwellenabschnitten im Längsschnitt,

Fig. 4 eine Hohlwelle im Querschnitt mit Wandverdickung,

Fig. 5 eine abgewandelte Ausführungsform des Gegenstandes nach Fig. 4,

Fig. 6 eine Stahlblechplatte mit Querschnittsverdickung als Ausgangsmaterial,

Fig. 7 einen aus der Stahlblechplatte gebogenen Hohl­ wellenabschnitt mit Längsschweißnaht und

Fig. 8 den Gegenstand nach Fig. 7 mit einem ausgeformten Nocken und angedeuteter Bearbeitungszugabe.

In den Figuren ist eine Nockenwelle 1 für die Ventilsteuerung von Verbrennungskraftmaschinen, insbe­ sondere Kraftfahrzeugmotoren, dargestellt, die aus einer Hohlwelle 2 mit ausgeformten Nocken 3 besteht. Die Nockenwelle 1 ist aus hohlen Nockenwellenabschnitten 4 mit jeweils einem oder mehreren Nocken 3 aufgebaut und axial gefügt. Nach dem Ausführungsbeispiel weist jeder Nockenwellenabschnitt 4 lediglich zwei Nocken 3 auf. Die Nockenwellenabschnitte 4 weisen im Bereich der ausge­ formten Nocken 3 und insbesondere Nockenspitzen eine Wandverdickung 5 auf. Außerdem können die Nockenwellen­ abschnitte 4 bzw. die daraus hergestellte Nockenwelle 1 auch ausgeformte Lagerbunde 6 aufweisen. Die Hohlwelle 2 bzw. die daraus hergestellten Nockenwellenabschnitte 4 weisen nach einem Ausführungsbeispiel einen kreisrunden Außendurchmesser und einen exzentrischen Innendurch­ messer zur Erzeugung einer Wandverdickung 7 im Bereich der zu erzeugenden Nocke 3 auf, während nach einem anderem Ausführungsbeispiel ein oval er Innenquerschnitt verwirklicht ist.

Nach einem anderen Ausführungsbeispiel findet als Ausgangsmaterial für einen Hohlwellenabschnitt 8 eine Stahlblechplatte 9 Verwendung, die in einem vorgegebenen Bereich eine Querschnittsverdickung 10 aufweist und zu einer Hohlwelle gebogen ist. Diese Hohlwelle ist im Bereich ihrer gestoßenen Längsnaht verschweißt worden, weist also eine entsprechende Schweißnaht 11 auf. Anschließend ist die Hohlwelle im Wege des Sägens in Hohlwellenabschnitte 8 geteilt worden. Dann sind an den einzelnen Hohlwellenabschnitten 8 im Wege der Innen­ hochdruckumformung Nocken 3 ausgeformt worden. Diese Hohlwellenabschnitte 8, von denen nur einer dargestellt ist, werden unter Bildung der Nockenwelle 1 axial gefügt. Anschließend erfolgt eine Nachbearbeitung der Nocken 3. Die dafür erforderliche Bearbeitungszugabe 12 ist angedeutet worden.

Im Rahmen der Erfindung besteht auch die Möglichkeit, die Hohlwellenabschnitte 8 mit Wandverdickungen 10 im Zuge eines Fließpressens bzw. Strangpressens herzu­ stellen.

Claims (14)

1. Verfahren zum Herstellen von Nockenwellen (1) mit Nocken (3) für die Ventilsteuerung von Verbrennungskraftmaschinen, insbesondere Kraftfahrzeugmotoren, wonach die Nocken (3) im Wege einer Innenhochdruckumformung aus einer Hohlwelle (2) geformt werden, und wonach Nockenwellenabschnitte (4) aus Hohlwellenabschnitten (8) mit einem oder mehreren Nocken (3) erzeugt und dann die hohlen Nockenwellenabschnitte (4) mit den hohlen Nocken (3) im Wege einer Adhäsiv-Verbindung axial gefügt werden, dadurch gekenn­ zeichnet, daß

• - zumindest eine Metallplatte mit in einem oder mehreren vorgegebenen Bereichen vorgesehenen Querschnittsverdickungen (10) zu der Hohlwelle (2) mit demzufolge unterschiedlicher Wanddicke gebogen wird, wobei
• - einzelne Hohlwellenabschnitte (8) eine oder mehrere Wandverdickungen (5, 7) aufweisen, und wobei
• - die Nocken (3) im Bereich der jeweiligen Wandverdickung (5, 7) ausgeformt werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß hohle Nockenwellenabschnitte (4) mit maximal zwei Nocken (3) erzeugt werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß Hohlwellenabschnitte (8) mit einer über­ dimensionierten Wandstärke unter Berücksichtigung einer Bearbeitungszugabe zur Erzeugung von hohlen Nockenwellen­ abschnitten (4) mit ausgeformten Nocken (3) verwendet werden.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß aus einer Stahlblechplatte die Hohl­ welle (2) gebogen und im Bereich ihrer gestoßenen Längsnaht verschweißt wird, daß die Hohlwelle (2) in Hohlwellenab­ schnitte (8) geteilt, z. B. gesägt wird, und daß an den Hohlwellenabschnitten (8) im Wege der Innenhochdruckumfor­ mung Nocken (3) ausgeformt und diese Hohlwellenabschnitte (8) unter Bildung der Nockenwelle (1) gefügt werden.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß aus Stahlblechplatten Hohlwellen­ abschnitte (8) gebogen und im Bereich ihrer gestoßenen Längsnähte verschweißt werden, und daß aus den längsnaht­ verschweißten Hohlwellenabschnitten (8) hohle Nockenwellen­ abschnitte (4) mit im Bereich der Querschnittsver­ dickung(en) ausgeformten Nocken (3) erzeugt werden.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Nockenwellenabschnitte (4) mit ange­ formten Lagerbunden (6) erzeugt werden.

7. Nockenwelle (1) für die Ventilsteuerung von Verbren­ nungskraftmaschinen, insbesondere Kraftfahrzeugmotoren, bestehend aus einer Hohlwelle (2) mit ausgeformten Nocken (3), wobei die Nockenwelle (1) aus hohlen Nocken­ wellenabschnitten (4) mit jeweils einem oder mehreren ausgeformten Nocken (3) aufgebaut und axial gefügt ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Hohlwelle (2) aus zumindest einer gebogenen Metallplatte mit in einem oder mehreren Bereichen vorgesehenen Querschnittsverdickungen (10) mit demzufolge unterschiedlicher Wanddicke hergestellt ist, wobei die Nockenwellenabschnitte (4) im Bereich der ausgeformten Nocken (3) bzw. Nockenspitzen eine gleiche oder verstärkte Wandausbildung bzw. Wandverdickung (7) aufweisen.

8. Nockenwelle nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Nockenwellenabschnitte (4) maximal zwei Nocken (3) aufweisen.

9. Nockenwelle nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Nockenwellenabschnitte (4) von Hohlwellenabschnitten (8) mit einer überdimensionierten Wandstärke unter Berücksichtigung einer Bearbeitungszugabe (12) und ausgeformten Nocken gebildet sind.

10. Nockenwelle nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Nockenwellenabschnitte (4) aus zu Hohlwellenabschnitten (8) gebogenen Stahlblechplatten (9) mit in einem oder mehreren vorgegebenen Bereichen vorge­ sehenen Querschnittsverdickungen (10) gebildet und im Bereich ihrer gestoßenen Längsnähte verschweißt sind, und daß die Nockenwellenabschnitte (4) im Bereich der Querschnittsverdickungen (10) ausgeformte Nocken (3) auf­ weisen.

11. Nockenwelle nach einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Nockenwellenabschnitte (4) ausge­ formte Lagerbunde (6) aufweisen.

12. Nockenwelle nach einem der Ansprüche 7 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Hohlwelle (2) zur Erzeugung der Nockenwelle (1) in ihrem Ausgangszustand einen kreisrunden Außendurchmesser und einen exzentrischen Innendurchmesser oder einen kreisrunden Innendurchmesser und einen exzentrischen Außendurchmesser aufweist.

13. Nockenwelle nach einem der Ansprüche 7 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Hohlwelle (2) zur Erzeugung der Nockenwelle (1) in ihrem Ausgangszustand einen ovalen Außenquerschnitt und einen kreisrunden Innenquerschnitt oder einen kreisrunden Außenquerschnitt und einen ovalen Innenquerschnitt oder einen ovalen Außenquerschnitt und einen ovalen Innenquerschnitt aufweist, der zu dem Außenquerschnitt um eine vorgegebene Winkelstellung ver­ setzt angeordnet ist.

14. Nockenwelle nach einem der Ansprüche 7 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Hohlwelle (2) zur Erzeugung der Nockenwelle (1) in ihrem Ausgangsquerschnitt eine über­ dimensionierte Wandstärke unter Berücksichtigung einer Bearbeitungszugabe zur Erzeugung von hohlen Nockenwellen­ abschnitten (4) mit ausgeformten Nocken (3) aufweist.