DE102004062518A1

DE102004062518A1 - Nocken für gebaute Nockenwellen

Info

Publication number: DE102004062518A1
Application number: DE102004062518A
Authority: DE
Inventors: Manfred Muster
Original assignee: ThyssenKrupp Automotive AG
Current assignee: Thyssenkrupp Dynamic Components Teccenter AG
Priority date: 2004-12-24
Filing date: 2004-12-24
Publication date: 2006-07-06
Anticipated expiration: 2024-12-25
Also published as: US20080276888A1; WO2006072289A1; DE102004062518B4; EP1828551A1

Abstract

Die Erfindung betrifft Nocken für gebaute Nockenwellen, gebildet aus mindestens einem durch Walzen hergestellten, in seiner Längserstreckung unterschiedliche Dicken aufweisenden Profilblechstreifen (2) mit zwei Endbereichen (2a), wobei der Profilblechstreifen (2) zur Bildung des Nockenrohteils (1) so gebogen oder umgeformt ist, dass seine Endbereiche (2a) aneinander stoßen und miteinander verschweißt sind oder dass seine Endbereiche (2a) mit den Endbereichen (2b) mindestens eines weiteren gebogenen oder umgeformten Blechstreifens (2) verschweißt sind, wobei das Nockenrohteil (1) eine Ausnehmung (A) zur Aufnahme einer Tragwelle (11) aufweist, welche Ausnehmung (A) einen im Wesentlichen kreis- oder kreisabschnittförmigen Innenkonturbereich aufweist. Um einen derartigen Nocken zu schaffen, der möglichst wenig Rohmaterialeinsatz erfordert, bei dem die nutzbare Breite der Lauffläche möglichst groß ist und der insbesondere einfach und kostengünstig durch ein kraft- und/oder formschlüssiges Fügeverfahren mit der Tragwelle verbunden werden kann, wird vorgeschlagen, dass an dem Innenkonturbereich eine Einlauffase (8) ausgebildet ist.

Description

Die Erfindung betrifft Nocken für gebaute Nockenwellen, bevorzugt zur Anwendung in Verbrennungsmotoren. Die Erfindung betrifft auch Blechstreifen zur Herstellung derartiger Nocken und ein Verfahren zur Herstellung dieser Nocken. Des Weiteren betrifft die Erfindung unter Verwendung dieser Nocken hergestellte Nockenwellen.
Schließlich betrifft die Erfindung auch Kurvenscheiben/Exzenterscheiben sowie unter Verwendung dieser Kurvenscheiben/Exzenterscheiben hergestellte gebaute Kurvenscheibenwellen/Exzenterwellen.
Aus dem Stand der Technik sind gebaute Nockenwellen bekannt. Dabei werden Nocken als Einzelteile gesintert ( DE 37 17 190 C2 ), geschmiedet ( DE 41 21 951 C1 ) oder aus Blechstreifen gebogen, die anschliessend verschweißt werden (WO 01/98020 A1). Die Nocken werden anschliessend auf eine Welle geschoben, mit der Welle verbunden und somit zu Nockenwellen verbaut.
Die Montage der Nocken auf der Tragwelle erfolgt dabei auf unterschiedliche Weise. In der DE 37 17 190 C2 und der DE 41 21 951 C1 wird die Tragwelle an den Axialpositionen, an denen die Nocken befestigt sein sollen, durch Rollieren aufgeweitet und anschliessend werden die Nocken über das Rohr bis an die vorgesehene Axialposition, die dem aufgeweiteten Bereich entspricht, geschoben. Dabei entsteht ein Form- und/oder Kraftschluss zwischen Tragwelle und Nocken.
In der WO 01/98020A1 werden die Nocken schweißtechnisch mit der Tragwelle verbunden.
Dem Stand der Technik haften jedoch eine Reihe von Nachteilen an. Die Herstellung von Nocken durch Sintern ist aufwändig und teuer. Außerdem können derartige Nocken nicht für sehr hohe Hertzsche Flächenpressungen, wie sie bei modernen Rollenabgriffen in Verbrennungsmotoren auftreten, angewendet werden. Die gesinterten Nocken sind zudem stark rissgefährdet, sodass aufwändige Qualitätskontrollen erforderlich sind.
Auch die geschmiedeten Nocken besitzen eine Reihe von Nachteilen. Zunächst ist die Herstellung teuer und aufwändig. Während der mehrstufigen Schmiedeoperation muss die innere Ausnehmung des Nockens ausgestanzt werden, sodass der ausgestanzte Butzen als Abfall anfällt. Weiter können die Nocken nur mit Radien an den Stirnseiten geschmiedet werden, sodass die tatsächlich als Lauffläche zu Verfügung stehende Breite kleiner als die Nockenbreite ist, oder sehr viel Nockenmaterial am Umfang oder den Stirnseiten der Nocken abgetragen werden muss. Die nicht für die Nockenlaufbahn nutzbare Breite hängt stark von der Nockenkontur, dem eingesetzten Werkstoff und anderen Parametern ab und liegt in einem Wertebereich von etwa 1mm bis etwa 1,5 mm.
Die in der WO01/98020A1 vorgestellte Verwendung von gebogenen Blechstreifen birgt ebenfalls eine Reihe von Nachteilen. Die schweißtechnische Verbindung des Nockens mit der Tragwelle ist aufwändig und teuer. Insbesondere die gewünschte Montage bereits gehärteter Nocken mittels Schweißen bringt das Risiko von Mikrorissen in der Verbindung mit sich. Zudem sind schweißtechnisch gut verarbeitbare Werkstoffe ohne Nachbehandlung als Gleitpartner für Nockenfolger meist wenig geeignet. Außerdem ist es von Nachteil, wenn für die Herstellung Schweißverbindungen erforderliche Schweißflansche an den Nocken zur Verfügung gestellt werden müssen, weil dies zusätzlichen Material- und Fertigungsaufwand bedeutet. Das Fügen der in der WO01/98020 vorgestellten Nocken mittels Kraft- und/oder Formschluss ist wegen des zu geringen Umschlingungswinkels des Kontaktes zwischen der Nockenausnehmung, der Fügekontur des Nockens und der Tragwelle kaum möglich. Weiter bietet die in der WO01/98020 vorgestellte Lösung den erheblichen Nachteil, dass die Steifigkeit in der Nockenspitze, durch den nach der Fügeoperation verbleibenden Hohlraum, für die Anwendung in Verbrennungsmotoren zu stark herabgesetzt wird.
Die Aufgabe der Erfindung besteht nun darin, einen Nocken gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 zu schaffen, der möglichst wenig Rohmaterialeinsatz erfordert, bei dem die nutzbare Breite der Lauffläche möglichst groß ist und der insbesondere einfach und kostengünstig durch ein kraft- und/oder formschlüssiges Fügeverfahren mit der Tragwelle verbunden werden kann. Es ist auch Aufgabe der Erfindung, ein einfaches und kostengünstiges Verfahren zur Herstellung derartiger Nocken anzugeben.
Aufgabe der Erfindung ist es ferner, einen Profilblechstreifen zur Verfügung zu stellen, der zur Herstellung der erfindungsgemäßen Nocken besonders gut geeignet ist. Außerdem liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Nockenwelle anzugeben, bei der die Steifigkeit herkömmlicher gebauter Nockenwellen mit geschmiedeten oder gesinterten Nocken zumindest nahezu erreicht werden.
Hinsichtlich des Nockens wird die Aufgabe durch einen Nocken entsprechend den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Nockens sind in den Unteransprüchen 2 bis 14 angegeben. In Bezug auf das Verfahren wird diese Aufgabe durch ein Verfahren gemäß Patentanspruch 20 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen des Verfahrens sind in den Unteransprüchen 21 bis 25 beschrieben.
Im Hinblick auf den Profilblechstreifen wird die Aufgabe durch einen Profilblechstreifen gemäß Patentanspruch 15 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen des Profilblechstreifens sind in den Unteransprüchen 16 bis 19 angegeben. In Bezug auf die Nockenwelle wird die Aufgabe gelöst durch eine Nockenwelle mit den Merkmalen des Patentanspruchs 26 und des Unteranspruchs 27.
Erfindungsgemäß wird der Nocken aus einem oder mehreren bevorzugt länglichen Profilblechstreifen gebildet, wobei jedem Umfangsabschnitt der Nockenkontur des Nockens jeweils genau ein Profilblechstreifen oder Profilblechstreifenabschnitt zugeordnet ist und der oder die Streifen walztechnisch erzeugt sind und durch Biegen bzw. Umformen der Streifen und Verschweißen der Streifenenden ein Nocken gebildet ist. Durch das Verschweißen der gebogenen oder umgeformten Streifen wird ein Nockenrohteil geschaffen, welches anschließend optional noch einer Druckkalibrierung unterzogen werden kann. Der zusätzliche Schritt der Druckkalibrierung wird jedoch in der Praxis nicht in allen Fällen erforderlich sein.
Der erfindungsgemäße Nocken weist an dem kreis- oder kreisabschnittförmigen Innenkonturbereich der Ausnehmung eine umlaufende Einlauffase auf, wodurch erreicht wird, dass der Nocken gut auf die Tragwelle aufgeschoben werden kann, ohne zu verkanten. Die Einlauffase erleichtert das Auffädeln des Nockens auf die Tragwelle. Ein weiterer Vorteil der Einlauffase besteht darin, dass der Nocken besser form- und/oder kraftschlüssig mit der Tragwelle verbunden werden kann. Zur form- und/oder kraftschlüssigen Verbindung des Nockens mit der Tragwelle werden an der Tragwelle an bestimmten Axialpositionen Durchmessererweiterungen durch lokale Materialverdrängung durch Rollieren oder Rändeln erzeugt. Über diese Abschnitte der Tragwelle mit dem erweiterten Durchmesser werden die Nocken dann geschoben, wobei sich eine form- und/oder kraftschlüssige Verbindung zwischen Nocken und Tragwelle ausbildet. Die Einlauffase ist dabei von besonderer Bedeutung, weil sie sicherstellt, dass es beim Aufschieben des Nockens auf den Tragwellenabschnitt mit der Durchmesseraufweitung nicht zu einem Abscheren des Tragwellenmaterials im aufgeweiteten Bereich kommt. Auf diese Weise wird eine unerwünschte Spanbildung, die in der Praxis bei der Nockenmontage zu erheblichen Problemen führen würde, wirkungsvoll verhindert.
Gemäß der Erfindung wird die Einlauffase walztechnisch in den oder die Profilstreifen eingebracht. Dies ist kostengünstig möglich und es erübrigt sich ein zusätzlicher umformtechnischer oder zerspanungstechnischer Arbeitsschritt zum Erzeugen der Einlauffase.
Sofern das durch das schweißtechnische Verbinden der gebogenen oder umgeformten Profilblechstreifen hergestellte Nockenrohteil zur Erreichung seiner endgültigen Form einer Druckkalibrierung unterzogen werden muss, kann es erfindungsgemäß vorgesehen sein, dass die Einlauffase während dieses Druckkalibrierschritts an den Gurtabschnitt des Nockenrohteils angeformt wird. Es ist möglich, dass die Einlauffase vollständig während des Druckkalibrierschritts eingeformt wird. Ebenso ist es allerdings auch möglich, im Rahmen der walztechnischen Herstellung der Profilblechstreifen die den späteren Gurtabschnitt bildenden Streifenbereiche während des Walzens um ein bestimmtes Maß zu verformen, wobei die endgültige Form der späteren Einlauffase noch nicht erreicht wird. Wird das nach dem Biegen oder Umformen der Profilblechstreifen und dem Verschweißen erhaltene Nockenrohteil anschließend einer Druckkalibrierung unterzogen, so kann die Endform der Einlauffase im Rahmen des Druckkalibrierschritts ausgeformt werden.
Wird das Nockenrohteil aus einem einzigen Profilblechstreifen gebildet, so weist dieser Profilblechstreifen einen Punkt auf, der dem Ort der maximalen Nockenerhebung des späteren Nockenrohteils entspricht. Erfindungsgemäß ist der Profilblechstreifen bezogen auf eine durch diesen Ort der maximalen Nockenerhebung verlaufende Querachse symmetrisch oder auch asymmetrisch ausgebildet. Auf diese Weise kann der Fügeort, an welchem die Endbereiche des Profilblechstreifens miteinander verschweißt werden, an einer beliebigen Stelle entlang des Umfangs des Nockenrohteils angeordnet werden.
Die Innenwandung der Ausnehmung A des Nockenrohteils bildet eine Fügekontur für das kraft- und/oder formschlüssige Verbinden des Nockens mit der Tragwelle.
Um diese kraft- und/oder formschlüssige Verbindung zu verbessern und die Verbindungsfestigkeit zu steigern, ist es erfindungsgemäß vorgesehen, die Innenwandung der Ausnehmung A mit einer Gravur zu versehen. Diese Gravur kann beispielsweise durch sich in axialer Richtung des Nockenrohteils erstreckende Verzahnungen gebildet sein. Diese Verzahnungen hintergreifen beim Aufschieben der Nocken auf eine lokal mittels Rollierung oder Rändelung aufgeweiteten Tragwelle das Tragwellenmaterial und formen dieses dabei um, sodass ein Formschluss entsteht.
Die Einlauffase kann bei der Erfindung als ein sich nach außen konisch erweiternder Abschnitt der Innenkontur der Ausnehmung A ausgebildet sein. Bereits bei dieser Ausgestaltung der Einlauffase wird erreicht, dass die lokalen Durchmesseraufweitungen nicht abgeschert werden, sodass eine Spanbildung verhindert wird.
Eine Verbesserung der kraft- und/oder formschlüssigen Verbindung zwischen Nocke und Tragwelle wird erreicht, wenn der sich nach außen konisch erweiternde Abschnitt in zwei sich konisch erweiternde in axialer Richtung nebeneinander angeordnete Teilabschnitte unterteilt ist, wobei der äußere Abschnitt einen größeren Konuswinkel aufweist als der innere Abschnitt. Hierdurch wird die Spanbildung beim Aufschieben der Nocken mit besonders großer Sicherheit vermieden und gleichzeitig sichergestellt, dass durch den sich an den Bereich mit großem Konusdurchmesser anschließenden Bereich mit kleinerem Konusdurchmesser eine besonders gute und tragfähige kraft- und/oder formschlüssige Verbindung ausgebildet wird. Gleichzeitig wird die Belastung, die beim Aufschieben auf den Nocken wirkt, gering gehalten.
Alternativ zu den konisch aufgeweiteten Abschnitten kann die Einlauffase auch durch einen an der Innenkontur der Ausnehmung vorgesehenen Radius oder einen sich nach außen aufweitenden parabelförmigen Abschnitt gebildet sein.
Um eine gute Stabilität der Verbindung zwischen Nocken und Tragwelle zu erreichen, ist nach der Erfindung vorgesehen, dass der kreis- oder kreisabschnittförmige Innenkonturbereich der Ausnehmung über einen Umfangsbereich mit einem Umfangswinkel von mindestens 300° sich erstreckt. Dadurch wird eine hohe mechanische Festigkeit der kraft- und/oder formschlüssigen Verbindung zwischen Nocken und Tragwelle sichergestellt.
Im Hinblick auf den oder die zur Herstellung von erfindungsgemäßen Nocken erforderlichen Profilstreifen wird die Erfindung dadurch gelöst, dass ein Randbereich des Profilblechstreifens walztechnisch derart verformt ist, dass diese Verformung nach erfolgter Biegung oder Umformung des Profilblechstreifens zum Nockenrohteil die Einlauffase dieses Nockenrohteils bildet. Eine derartige walztechnische Einbringung der Einlauffase bereits im Stadium der walztechnischen Bearbeitung des Profilblechstreifens ermöglicht eine fertigungstechnisch kostengünstige Einbringung der Einlauffasen. Die kontinuierliche im Durchlaufverfahren erfolgende Herstellung der Einlauffase bereits am Profilblechstreifen (und nicht erst am gebogenen Nockenrohteil) ist somit fertigungstechnisch besonders günstig.
Bei der walztechnischen Herstellung des Profilblechstreifens ist darauf zu achten, dass jeder Längsabschnitt des Profilblechstreifens einem konkreten Umfangsabschnitt des Nockenrohteils zugeordnet ist und dass der Dickenverlauf in den Längsabschnitten des Profilblechstreifens bereits im Wesentlichen dem Dickenverlauf in den entsprechenden Umfangsabschnitten des Nockenrohteils entspricht.
Da bei der Biegung oder Umformung des gewalzten Profilblechstreifens zum Nockenrohteil eine Querkontraktion des Werkstoffes auftritt, ist es erfindungsgemäß vorgesehen, dieser Querkontraktion durch eine gezielte geometrische Formgebung des gewalzten Profilblechstreifens entgegenzuwirken. Hierdurch soll ein unerwünschter Materialeinzug in Folge Querkontraktion bei der Biegung oder Umformung kompensiert und verhindert werden. Erfindungsgemäß ist hierzu vor gesehen, dass die beiden Randbereiche des Profilblechstreifens walztechnisch derart verformt sind, dass sie bezogen auf eine Senkrechte zur Fügekontur überstehende Bereiche aufweisen. Diese überstehenden Bereiche enthalten Zusatzmaterial für die Kompensation der bei der Biegung oder Umformung des Profilblechstreifens zum Nockenrohteil auftretenden Querkontraktion des Werkstoffs, wobei nach der Umformung die beiden Randbereiche des Profilstreifens möglichst genau senkrecht zur Fügekontur ausgerichtet sind. Durch dieses an den Rändern des Profilblechstreifens vorgesehene Zusatzmaterial wird somit ein unerwünschter Materialeinzug, der eine unerwünschte Nockenrohteilgeometrie zur Folge hätte, wirksam verhindert.
Wie bereits voranstehend in Bezug auf das Nockenrohteil dargestellt, ist es zur Verbesserung der kraft- und/oder formschlüssigen Verbindung zwischen Nocken und Tragwelle vorteilhaft, wenn die Ausnehmung des Nockenrohteils eine Gravur aufweist, sodass diese Gravur sich formschlüssig mit der Tragwelle verbinden kann. Erfindungsgemäß ist es vorgesehen, dass diese Gravur bereits in den entsprechenden Längenabschnitt des Profilblechstreifens während des Walzprozesses des Profilblechstreifens hergestellt werden kann. Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, dass der Längenabschnitt des Profilblechstreifens, welcher der späteren Fügekontur des gebogenen oder umgeformten Nockenrohteils entspricht, eine Gravur aufweist, die walztechnisch in den Profilblechstreifen eingebracht ist. Diese Gravur kann als quer zur Walzrichtung sich erstreckende Verzahnung ausgebildet sein.
Hinsichtlich des Verfahrens wird die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabenstellung durch ein Verfahren zur Herstellung eines Nockens für gebaute Nockenwellen gelöst, welches folgende Verfahrensschritte umfasst:

1. Erzeugen mindestens eines in seiner Längserstreckung vorgegebene Dickenverläufe aufweisenden Profilblechstreifens mit zwei Endbereichen durch Walzen, wobei an eine Längskante des Profilblechstreifens eine eine spätere Ein lauffase eines Nockenrohteils bildende Randverformung mindestens teilweise angewalzt wird.
2. Biegen oder Umformen des Profilblechstreifens, sodass seine Endbereiche aneinander stoßen und miteinander verschweißt werden oder dass seine Endbereiche mit den Endbereichen mindestens eines weiteren gebogenen oder umgeformten Blechstreifens aneinander stoßen und verschweißt werden.

Um insbesondere die Ausnehmung des Nockenrohteils in die gewünschte Form zu bringen und die gewünschten Abmessungen zu erzielen, kann es erfindungsgemäß vorgesehen sein, das Nockenrohteil einem Druckkalibrierschritt zu unterziehen. Dabei kann, sofern im Rahmen der walztechnischen Herstellung des Profilblechstreifens die teilweise angewalzte Randverformung noch nicht die Endform der späteren Einlauffase aufweist, diese Endform der Einlauffase im Rahmen des Druckkalibrierschritts erzeugt werden.
Im Hinblick auf die bereits voranstehend erwähnten, an den Randbereichen des Profilblechstreifens vorgesehenen Zusatzmaterialbereiche für die Kompensation der bei der Biegung oder Umformung des Profilblechstreifens zum Nockenrohteil auftretenden Querkontraktion des Werkstoffs ist es erfindungsgemäß vorgesehen, dass diese Zusatzmaterialbereiche durch das Walzen des Profilblechstreifens erzeugt werden. Ein weiterer in das Walzverfahren des Profilblechstreifens zu integrierender Arbeitsschritt besteht darin, dass in den Längenabschnitt des Profilblechstreifens, welcher der späteren Fügekontur des gebogenen oder umgeformten Nockenrohteils entspricht, eine Gravur eingewalzt wird. Diese Gravur kann z.B. in Form einer sich quer zur Walzrichtung erstreckenden Verzahnung ausgebildet sein.
Besonders kostengünstig ist die walztechnische Herstellung der Profilblechstreifen, wenn diese durch Endloswalzen als Abschnitte eines haspelfähigen Endlosbandes erzeugt werden. Um die Haspelfähigkeit dieses Endlosbandes sicherzu stellen, ist es erfindungsgemäß vorgesehen, dass die Profilblechstreifen durch Abschnitte geringerer Blechdicke miteinander verbunden sind. Diese Abschnitte geringerer Blechdicke bilden Verbindungsbereiche, die sich beim Haspeln des Endlosbandes wegen der geringeren Materialdicke besonders leicht verformen lassen. Es versteht sich, dass ein derartiges Endloswalzen besonders geringe Stückkosten bezogen auf die Profilblechstreifen mit sich bringt.
Die Erfindung bezieht sich auch auf gebaute Nockenwellen, welche unter Verwendung der erfindungsgemäßen Nocken hergestellt worden sind. Die Tragwellen dieser ertindungsgemäßen gebauten Nockenwellen weisen an den Axialpositionen, an denen die Nocken befestigt werden sollen, Abschnitte mit aufgeweitetem Durchmesser auf. Die Nocken werden mit der Einlauffase voran auf die Tragwelle aufgeschoben und sodann über den jeweiligen Abschnitt mit dem aufgeweiteten Durchmesser geschoben, sodass sich zwischen dem Nocken und der Tragwelle eine kraft- und/oder formschlüssige Verbindung bildet. Durch die Einlauffase wird dabei eine unerwünschte Spanbildung durch Abscheren von Tragwellenmaterial im Bereich des aufgeweiteten Durchmessers verhindert. Die Durchmesseraufweitungen an der Tragwelle können dabei durch Materialverdrängungsverfahren, wie z.B. Rollieren oder Rändeln, hergestellt sein.
Im Idealfall entspricht die Dicke des jeweiligen Profilblechstreifens nach der Biege- oder Umformoperation zumindest annähernd für einen Umfangsbereich mit einem Umfangswinkel von mindestens 300° der Gurtstärke des Nockens. Eine besonders hohe mechanische Festigkeit der kraft- und/oder formschlüssigen Verbindung zwischen Nocke und Tragwelle wird erreicht, wenn der Umfangswinkel, in dessen Bereich die Dicke des jeweiligen Profilblechstreifens nach der Biege- oder Umformoperation der Gurtstärke des Nockens zumindest annähernd entspricht, sich über einen Winkelbereich von 360° erstreckt.
Anders gesagt: Die Gestalt der Abwicklung des Nockens, der die Rohteilkontur aufweist, entspricht annähernd der Gestalt des einen oder der mehreren aneinan der gelegten, den Nocken bildenden Profilblechstreifen. Dabei werden, zur Erreichung der gewünschten Nockenform nach dem Biege- oder Umformvorgang sowie dem Verschweißen der Profilblechstreifen, entsprechende Verzüge und Materialverschmelzungen so vorgehalten, dass letztendlich die gewünschte Rohteilkontur des Nockens gebildet wird. Die Umformoperationen können, je nach Bedarf, sowohl bei Raumtemperatur als auch bei erhöhter Temperatur durchgeführt werden.
Für die Anwendung des Nockens in Nockenwellen für Verbrennungsmotoren wird der Profilblechstreifen in der Regel aus einem hochwertigen Stahl, bevorzugt aus 100Cr6 oder 16MnCr5 bestehen.
Im Anschluss an die Biege- oder Umformoperation und den Schweißvorgang werden allfällig entstehende Schweißwülste entweder durch Schaben, Schälen oder Räumen – bevorzugt vor dem Fügen auf die Tragwelle – oder während der Herstellung der Fertigkontur des Nockens entfernt. Danach wird der Nocken bei Bedarf in einem Druckkalibrierprozess, der bei Raumtemperatur oder erhöhter Temperatur durchgeführt wird, auf die gewünschte Rohteilkontur geformt. Im Anschluss wird der Nocken bei Bedarf gehärtet und ggf. angelassen. Der so gebildete Nocken wird bedarfsweise zwischen den einzelnen Operationen geglüht. Weiterhin wird die Nockenkontur vor oder nach der Montage auf die Welle durch mechanische Bearbeitung, beispielsweise Schleifen und/oder Hochgeschwindigkeitsfräsen, auf die Fertigkontur gebracht. Es ist jedoch auch daran gedacht, die Vorformen und Prozesse, wie beispielsweise den Druckkalibrierprozess, so auszulegen, dass auf eine Nachbearbeitung zur Erreichung der Fertigkontur des Nockens verzichtet werden kann.
Der so gebildete Nocken wird bevorzugt mittels Kraft- und/oder Formschluss auf die Tragwelle gefügt. Dabei wird die Tragwelle, die gewichtssparend auch als Rohr ausgebildet sein kann, an vorbestimmten Axialpositionen z.B. durch Rollieren aufgeweitet und anschließend der Nocken über die Tragwelle geschoben und im aufgeweiteten Bereich festgesetzt. Besonders vorteilhaft ist die Aufweitung mittels Materialverdrängung, wie sie durch Walzen, insbesondere durch Rollierung oder Rändelung erreichbar ist. Dabei können die Wülste in Querrichtung, in Längsrichtung oder unter einem anderen Winkel oder auch kreuzweise ausgerichtet sein.
Zur Erreichung des besonders bevorzugten Kraft- und Formschlusses wird die Ausnehmung des Nockens mit einer Gravur, der Fügekontur des Nockens, beispielsweise einer Verzahnung in Längsrichtung, versehen und die Aufweitung der Tragwelle durch Rollieren in Querrichtung dargestellt.
In einer Weiterbildung der Erfindung wird die gewünschte Fügekontur des Nockens, beispielsweise die Gravur oder Verzahnung, während einer Druckkalibrierung, bei der auch weitere Funktionsflächen angeformt oder in ihrer Präzision verbessert werden können, in den Nocken eingebracht.
In besonders vorteilhafter Weise kann die Gravur bereits beim Walzprozess der Profilstreifen auf die später als Fügekontur des Nockens dienende Oberfläche eingewalzt werden. Es ist auch vorgesehen, während des Walzprozesses eine Vorform für die Fügekontur zu erzeugen, die während des Druckkalibrierprozesses in die Fertigform der Fügekontur umgeformt wird.
Ein wichtiger Aspekt bei der Fertigung gebauter Nockenwellen besteht darin, bereits während des Fügeprozesses eine Spanbildung zu vermeiden. Nachträgliche Maßnahmen zur Beseitigung von Spänen sind teuer, aufwändig und garantieren meist die Vermeidung von Spänen nicht zu 100 %. Bei dem oben beschriebenen Kraft- und Formschluss ohne Einlauffase schneidet sich die Gravur der Fügekontur in die Rollierungen der Tragwelle ein, was zwangsläufig zur Spanbildung führt. Insbesondere bei der Massenfertigung ist nicht kontrollierbar, wie sich die jeweiligen Spitzen der Fügekontur und Rollierung schneiden und wann welche Spitzen abgeschert werden.
Hierzu wird in einer vorteilhaften Weiterbildung der erfindungsgemäßen Lösung eine Einlauffase, insbesondere ein Einführkonus, der verschiedenartige Konturen im Längsschnitt aufweisen kann, in den Nocken eingebracht. Ein Einlauffase ist an der Seite des Nockens angeordnet, die beim Aufschieben auf das Rohr in Richtung der aufgeweiteten Rohrbereiche zeigt. Im besonders bevorzugten Anwendungsfall werden die gewünschten Einlauffasen direkt beim Walzprozess in die Profilstreifen eingebracht. Bedarfsweise wird bei der Druckkalibrierung, sofern diese vorgesehen ist, die Einlauffase in die Fügekontur eingeformt oder nachkalibriert.
Derartige Einlauffasen führen dazu, dass sich die Wülste der Rollierung in die Gravur der Fügekontur einformen und nicht abscheren. Zusätzlich wird der Spannungsaufbau im Nocken während des Fügeprozesses so optimiert, dass die Neigung zu Mikrorissen wesentlich verringert wird.
Allerdings sind Einlauffasen auch für andere Fügeverfahren zur Fügung der Nocken auf der Tragwelle erforderlich. So ist bereits allein zum Einfädeln des Rohres in die Nockenöffnung eine Fase sinnvoll, wenn nicht sogar notwendig. Für alle Fügeverfahren, bei denen der Nocken über einen aufgeweiteten Bereich geschoben wird, sorgen geeignete Einlauffasen für eine gleichmäßige und schonende Fügeoperation, bei der Risse im Nocken verhindert werden können.
Als besonders vorteilhaft werden Einlauffasen angesehen, die als Konus mit einem Konuswinkel im Bereich von 5–10° geöffnet sind, und deren größter Durchmesser etwas größer als der größte Durchmesser der aufgeweiteten Rollierwülste bzw. Gravur ist. Für bestimmte Anwendungsfälle kann es vorteilhaft sein, wenn die Einlauffase mit mehreren hintereinander angeordneten Konussen oder Konusabschnitten mit unterschiedlichen Konuswinkeln ausgebildet ist. Hier haben sich zwei hintereinander anschließende Konusabschnitte mit einem ersten Winkel α₂ zwischen 5 und 10° und einem zweiten Winkel α₁ zwischen 0,5 und 4° bewährt, wobei bei der Montage der Konus mit dem größeren Winkel die Rohraufweitung als erstes überläuft. Ebenso können anstelle von konusartigen Öffnungen andersartig aufgeweitete Öffnungen, beispielsweise mit Radius (Radius r) oder parabelförmig ausgebildete Aufweitung vorteilhaft sein.
Bei der Ausbildung der Öffnung soll jedoch darauf geachtet werden, dass die Breite der tatsächlich im Kraft- und/oder Formschluss stehenden Oberfläche nicht zu klein ist, damit die Verbindung noch genügend fest ist.
Dem Fachmann wird sofort klar, dass der Biege- oder Umformprozess der Profilblechstreifen ein nicht einfach zu beherrschender Prozess ist. Es ist bekannt, dass sich dünne Bleche am besten biegen lassen und mit zunehmender Blechdicke die Qualität des Umformergebnisses geringer wird. Das bedeutet, dass insbesondere bei Nockenkonturen mit großen maximalen Nockenerhebungen und geforderter hoher Steifigkeit die Umformgrade, die Biegekräfte, die Gefahr von Rissbildungen und die Deformationen quer zur Biegerichtung stark ansteigen. Hierzu wird der Profilstreifen erfindungsgemäß vor dem Biegeprozess mit einem besonderen Dickenverlauf ausgebildet. Ziel ist es, einerseits die nach dem Biegeprozess erreichte Streifendicke an möglichst weiten Bereichen des Umfanges auf die Gurtstärke des Nockens zu bringen, und andererseits gleichzeitig die Biegeumformung möglichst auf Bereiche mit geringer Streifendicke zu begrenzen. Dazu wird bei der Auslegung des Profils der Profilstreifen in Abschnitte mit größeren Dicken sowie gleichzeitig geringer Umformung und Abschnitte mit kleineren Dicken sowie gleichzeitig höherer Umformung eingeteilt und eine entsprechende Dickenverteilung festgelegt. Zusätzlich werden in einer bevorzugten Ausführung die Profilblechstreifen derart endlos gewalzt, dass zwischen den für die Nocken benötigten Streifenabschnitten besondere Verjüngungen in der Blechdicke vorgesehen sind, in denen beim Haspeln des Streifens nahezu die gesamte Biegung erfolgt, sodass die übrigen Bereiche des Streifens nicht durch das Haspeln gebogen bzw. vorverformt werden. Damit wird der zur Verfügung stehende Umformgrad des Profils nahezu vollständig für die Herstellung des Nockens bereitgestellt. Weiterhin haben Trennwerkzeuge, die den endlosen Profilstreifen für die Nockenherstellung konfektionieren, einen Profilabschnitt mit nur geringer und zusätzlich bereits geschwächter Werkstoffstruktur zu trennen, was den Werkzeugverschleiß mindert und die mögliche Trenngeschwindigkeit erhöht.
Ein wichtiger Aspekt der erfindungsgemäßen Lösung besteht in der Aufteilung der Umfangsabschnitte des Nockens und der jeweiligen Zuordnung zu einem bestimmten Profilblechstreifen oder Profilblechstreifenabschnitt sowie der schweißtechnischen Verbindung der Profilblechstreifen nach der jeweils erfolgten Biege- oder Umformoperation. Für Nocken mit großer Nockenerhebung wird der Nocken in der Regel aus mehr als einem, bevorzugt aus zwei länglichen Profilblechstreifen gebildet.
Als besonders vorteilhaft hat es sich erwiesen, den Grundkreisbereich des Nockens aus einem Profilblechstreifen mit annähernd rechteckigem Querschnitt und über die Länge gleicher Dicke, dem Unterband, zu bilden. Die Nockenerhebung wird aus einem zweiten Profilblechstreifen, dem Oberband, gebildet, das entsprechend der oben aufgeführten Lehre ausgebildet ist. Die beiden Profilblechstreifen, die aus dem Oberband und dem Unterband jeweils abgetrennt wurden, werden in einem Arbeitsgang durch Widerstandsschweißen oder Strahlschweißen miteinander verbunden. Vorteile einer derartigen Aufteilung sind u.a. die kürzere Maschinendurchlaufzeit, das Schweißen ohne unkontrollierte elektrische Nebenschlüsse sowie die Verwendungsmöglichkeit desselben Unterbandes für unterschiedliche Nocken.
In den folgenden Zeichnungen wird die Erfindung an Ausführungsbeispielen weiter erläutert. Es zeigen
1 einen erfindungsgemäßen Nocken 1 in perspektivischer Darstellung;
2 einen erfindungsgemäßen Nocken 1 in Axialansicht mit anderer Aufteilung der einzelnen Profilstreifen 2;
3 und
4 zwei Ausführungsformen für das gewalzte Endlosband, aus dem die länglichen Profilstreifen zur Fertigung der Nocken geschnitten werden, wobei die beiden Bänder für zwei unterschiedliche Umfangsabschnitte des Nockens bestimmt sind.
In 5 ist ein Querschnitt durch das Profilband entsprechend dem Schnitt A-A in den 3 und 4 dargestellt.
6 zeigt das auf der Haspel 13 aufgehaspelte Endlosband eines der Profilstreifen, hier am Beispiel des Oberbandes 3.
Die 7, 8, 9 zeigen Schritte zur Herstellung des Nockens. Dabei zeigen die 7a und 7b die Konfektionierung des Oberbandes 3 bzw. des Unterbandes 4. In den 8a und 8b sind die fertig gebogenen länglichen Profilstreifen 2 gezeigt. 9 zeigt den fertig gefügten Nocken 1.
10, 11 und 12 stellen die Biegeoperation des Profilstreifens am Beispiel des Oberbandes 3 dar. Dabei zeigt 10 das fertig konfektionierte Oberband 3 und die 11 und 12 stellen zwei Schritte der Biegeoperation dar. In den 11a und 12a ist im Vergleich zu 11b und 12b nur ein anderer Biegekern verwendet worden.
13 und 14 zeigen den Vorgang des Druckkalibrierens in Axial- und Querrichtung gesehen.
Die 15 und 16 zeigen jeweils einen Nocken 1 im Querschnitt, an dem zwei unterschiedliche Beispiele für die Einlauffase 8 und ein Beispiel für eine Gravur 21 in der Fügekontur 6 vorgestellt ist.
In 17 ist der Fügeprozess des Nockens 1 auf die im Bereich 12 aufgeweitete Tragwelle 11 dargestellt.
In 18, 19 und 20 sind verschiedene Beispiele für Nockenformen angegeben, wobei auch andere Formen und Trennebenen 5 denkbar sind.
21a gibt ein Beispiel für einen asymmetrischen Profilstreifen 2, wie er in etwa für den Nocken 1, gezeigt in der Aufteilung gemäß 2 erforderlich ist.
21b gibt ein Beispiel für einen symmetrischen Profilstreifen, wie er in etwa für den Nocken 1, gezeigt in der Aufteilung gemäß 1 erforderlich ist.
22 gibt ein Beispiel für ein gewalztes Profil, bei dem die zur Bildung des Nockens verwendeten Profilstreifen 2 quer zur Walzrichtung (WR) aus dem Profil geschnitten werden, wobei die Trennlinien im Bild durch die gestrichelten Linien gekennzeichnet sind.
23 gibt ein Beispiel für einen Nocken, der als Kurvenscheibe ausgebildet ist.
Der Nocken 1, wie er in 1 gezeigt ist, wird durch die drei Profilstreifen 2 gebildet, die an den Fügestellen 5, bevorzugt mittels Widerstandsschweißen bzw. Widerstandspressschweißen, gefügt sind. Die im Wesentlichen kreisrunde Fügekontur 6 ist dabei so ausgebildet, dass sie dem jeweiligen Fügeverfahren, mit dem der Nocken auf die Tragwelle gefügt wird, angepasst ist. Für das erfindungsgemäß bevorzugte Verfahren, bei dem der Nocken auf einen mittels Rollierung aufgeweiteten Abschnitt einer Tragwelle 11 aufgepresst wird, ist in der Fügekontur eine Gravur, bevorzugt axial verlaufende kleine Verzahnungen, eingebracht (in 1 und 2 nicht dargestellt). In der 2 ist am Nocken 1 die Gurtstärke 7 veranschaulicht, die der Wandstärke des Nockens, orthogonal zur Axialrichtung der Nockenwelle gemessen, entspricht. Im Beispiel nach 2 wurde ein asymmetrischer Profilblechstreifen zur Herstellung des Nockenrohteils verwendet, sodass die Schweißnaht 5 in der in 2 angedeuteten Position liegt. Je nach walztechnischen und biege-/umformtechnischen Erfordernissen kann eine derartige Aufteilung von Vorteil sein.
3 und 4 zeigen ein Oberband 3 und ein Unterband 4, das jeweils zu Profilstreifen konfektioniert wird. Dieser bevorzugte Fall findet Anwendung, wenn der Nocken 1 aus zwei länglichen Profilstreifen 2 in der Weise gebildet, dass, wie in 9 gezeigt, der Grundkreisbereich und der Erhebungsbereich des Nockens jeweils aus einem einzigen Profilstreifen 2 besteht. Damit das Band beim Haspeln (vergleiche auch 6) nicht in Bereichen umgeformt wird, die während des Biege-/Umformprozesses hohen Umformgraden ausgesetzt sind, werden, insbesondere in das Oberband, Sollbiegestellen 14 eingebracht, die die Umfangsbiegung während des Haspelns vollständig aufnehmen. Auf diese Weise wird erreicht, dass in denjenigen Bereichen, welche bei dem Biege-/Umformprozess hohen Umformgraden ausgesetzt sind, nicht das zur Verfügung stehende Verformungsvermögen des Werkstoffs bereits durch das Haspeln teilweise oder sogar vollständig aufgezehrt wird. Dort, wo es benötigt wird, bleibt das Umformvermögen erhalten. Die mit 15 (3) gekennzeichneten Linien stellen die Schnittkontur für das Konfektionieren des Bandes dar. Analoge Sollbiegestellen können auch im Unterband eingebracht sein.
In einer alternativen Ausführungsform, wie sie in 22 gezeigt ist, wird als Ausgangswerkstück zur Herstellung das Profil nicht in Längsrichtung, wie in 3 und 4 gezeigt, sondern in Querrichtung zum Nockenumfang, der zur Bildung des Nockens verwendeten Profilstücke 2, gewalzt. Die Walzrichtung WR ist durch einen Pfeil in der 22 gezeigt. Die Profilstreifen 2 werden durch Trennen des Ausgangswerkstückes entlang der gestrichelten Linien gefertigt.
Diese Ausführungsform ist jedoch nicht zu bevorzugen, da hier die Einlauffase 8 erst im Druckkalibrierprozess angeformt werden kann und die Herstellung der Vorhaltewinkel mit Materialabfall verbunden ist. Für einige spezielle Nockenkonturen kann es aber dennoch erforderlich sein, die Profilstreifen 2 aus derartigen Ausgangswerkstücken zu fertigen.
In 5 ist veranschaulicht, dass bereits während des Walzprozesses die Einlauftase 8 in Vor- oder Fertigform in die Fügekontur 6 des Nockens eingewalzt ist. Sie erleichtert auch die Einfädelung auf den Kalibrierdorn 19 in der optionalen Phase des Druckkalibrierens.
Nach dem Abhaspeln des jeweiligen Bandes wird es zu den länglichen Profilstreifen mittels der in 7a und 7b skizzierten Schneidoperationen mittels der Schneidwerkzeuge 16, 17 entlang der Schnittkontur 15 konfektioniert. Anschliessend werden die Profilstreifen 2 einzeln gebogen (8a und 8b) und zu einem Nocken 1 gefügt (9). Die Biegeoperation erfolgt bevorzugt über einen Biegedorn 18 (vgl. 11a, 11b, 12a, 12b), der entsprechend der zu erwartenden Rückfederung kleiner ausgelegt sein muss als die gewünschte Fügekontur des Nockenrohteils in dem Abschnitt. Die Umformung (11a, 11b, 12a, 12b) kann dabei sowohl in einem Gesenk (nicht dargestellt) als auch mittels Werkzeugelementen (nicht dargestellt) geführt werden. Zwecks Führung der Umformung und der dafür notwendigen Werkstoffverlagerungen im jeweiligen Band werden ggf. auch Biegedorne mit entsprechenden speziellen Formen, beispielsweise wie sie in 11a und 12a gezeigt sind, angewendet.
Bei der Führung der Biegeoperation und Auslegung des Bandes ist zu berücksichtigen, dass der Profilblechstreifen 2 nicht über sein gesamtes Volumen einer gleichmäßigen Verformung während der Biege-/Umformoperation ausgesetzt ist. So gibt es im Profilstreifen 2 Bereiche 9, die während der Biege-/Umformoperation nur geringen Umformungen ausgesetzt sind. Ebenso gibt es Bereiche 10, die erheblichen Umformungen ausgesetzt sind. In den 10 und 12b sind derartige Bereiche veranschaulicht.
Durch entsprechende Auslegung der Profilstreifen wird die Querkontraktion des Streifens während der Biegeoperation gering gehalten und/oder mittels geeigneter Profilquerschnittsgeometrien des Profilstreifens kompensiert. Hierzu werden die Seitenflächen des Profilstreifens gegenüber der Flächennormale der Fügekontur 6 beim Walzen um den Vorhaltewinkel β1 bzw. β2 geneigt ausgebildet. Dadurch wird an der der Fügekontur 6 gegenüber liegenden Fläche des Profilstreifens ein Materialüberschuss bereit gestellt, der sich während der Umformung so verlagert, dass nach der Umformung die Seitenflächen des dann gebogenen Profilstreifens zumindest annähernd orthogonal zur Fügekontur 6 ausgerichtet sind.
Durch diese Auslegung wird es möglich, auf die anschließende Bearbeitung, wie Plandrehen, der Seitenflächen des Nockens zu verzichten.
Damit der Nocken möglichst wenig weiterer mechanischer Nachbearbeitung unterworfen werden muss und die Fügebedingungen durch genaue Fügekonturen optimiert werden, erfolgt im bevorzugten Fall eine Druckkalibrierung des Roh nockens, wie sie beispielhaft in den 13 und 14 gezeigt ist. Der Nocken wird dabei auf den Kalibrierdorn 19 geschoben, wobei auch gleichzeitig die Schabeoperation zur Entfernung der Schweißwülste an den Schweißstellen 5 durchgeführt werden kann. Anschließend wird mittels Formwerkzeugen 20 der Nocken in Form gepresst, wie mit Pfeilen in den 13 und 14 veranschaulicht ist. Gleichzeitig oder nacheinander kann der Nocken auch durch nicht dargestellte Werkzeuge gegen den Boden 22 des Kalibrierdorns 19 (13) gepresst werden. Auf diese Weise kann die Ausnehmung A und die Einlauffase (8) exakt auskalibriert werden.
In den 15 und 16 sind zwei Beispiele für die Einlauffase 8 mit den kennzeichnenden Winkeln α₁ und α₂ bzw. dem kennzeichnenden Radius r gezeigt. Gleichzeitig ist eine in die Fügekontur 6 eingebrachte, umlaufende Verzahnung 21, deren Zähne in Axialrichtung verlaufen, dargestellt. Das Verfahren zur Herstellung der Nocken gestattet es jedoch in besonders einfacher Weise auch andere Gravuren 21 in der Fügekontur 6 auszubilden.
Es ist offensichtlich, dass die erfindungsgemäßen Nocken auch mittels Laserschweißen, Elektronenstrahlschweißen oder auch anderer Fügeverfahren auf die Tragwelle gefügt werden können. Erforderliche Formelemente, wie Schweißschultern usw., können dann auch in einfacher Weise walztechnisch in die Profilstreifen eingebracht werden.
Weiter ist ein großer Vorteil der erfindungsgemäßen Technik, dass auf sehr kostengünstige und einfache Weise in die Fügekontur 6 des Nockens umlaufende Rillen erzeugt werden können. Bei Anwendung von Fügeverfahren, bei denen die Tragwelle nach dem Positionieren des Nockens aufgeweitet wird, kann mittels einer umlaufenden Rille die Festigkeit der Verbindung in axiale Richtung erhöht werden. Ferner können mit dem Verfahren auch Nocken gebildet werden, bei denen die Fügekontur nicht im Wesentlichen kreisrund ist. So können Fügekontu ren, die in Axialrichtung gesehen als Vielecke ausgebildet sind, mit entsprechend abgerundeten Ecken während der Biegeoperation eingebracht werden.
Die vorgestellte Lösung der Erfindung ist auch auf Kurvenscheiben oder Exzenterscheiben als Spezialfall von Nocken mit besonderer Umfangskontur anwendbar, wie sie beispielsweise zur Bildung einer Verstellwelle für die Verstellaktuatorik eines mechanischen variablen Ventiltriebsystems Verwendung finden. Derartige spezielle Nocken können ebenso entsprechend der Erfindung gebildet und gefügt werden. Ein Beispiel für eine derartige Kurvenscheibe ist in der 23 gegeben. Dabei kann die Schweißnaht 5 mit Vorteil in einem Bereich, der niemals mit einem Nockenfolger bzw. einem entsprechenden Getriebeglied, das vom Nocken bzw. der Kurvenscheibe unmittelbar betätigt wird, in Kontakt steht, angeordnet sein.
Für Nocken 1, bei denen der Kontakt zwischen Nockenfolger und Nocken die gesamte Nockenumfangskontur durchläuft, wird die Schweißnaht 5 bevorzugt in einem Bereich mit, verglichen mit den übrigen Bereichen der Umfangskontur, relativ geringer Kontaktbelastung angeordnet.
In der 17 ist gezeigt, wie der erfindungsgemäß gebildete Nocken 1 auf die Tragwelle 11 gefügt wird. Dabei wird in Pfeilrichtung der Nocken mit seiner Einlauffase 8 voran über den aufgeweiteten Bereich 12 geschoben, wobei sich die Aufweitung in die Verzahnung 21 der Fügekontur 6 des Nockens 1 einformt und einen Kraft- und Formschluss erzeugt.
In den 18, 19 und 20 sind alternative Formen der Ausnehmung des Nockens 1 dargestellt. Bei sehr großen Nockenerhebungen ist es teilweise nicht möglich, eine im Wesentlichen kreisförmige Ausnehmung des Nockens, wie sie in 18 gezeigt ist, zu erreichen. Hier können Ausnehmungen, wie sie in 18 oder 19 gezeigt sind, ausgebildet sein. Gleichzeitig zeigen die 18, 19 und 20 eine alternative Möglichkeit der Anordnung für die Schweißnaht zwischen den Profilstreifen, aus denen der Nocken gebildet wird. Dabei ist zu beachten, dass die hier gezeigten Formen der Ausnehmung des Nockens 1 nicht in Zusammenhang mit der hier gezeigten Anordnung der Schweißnaht stehen.
Der in 21a gezeigte Profilstreifen gibt ein Beispiel für einen, bezogen auf die maximale Nockenerhebung, asymmetrischen Profilstreifen 2, wie er in etwa für den Nocken 1, gezeigt in der Aufteilung der Profilstreifen entsprechend der 2 erforderlich ist. Die in der Figur gezeigte Schnittebene Q verläuft direkt durch die maximale Nockenerhebung des aus dem Profilstreifen 2 durch Biegen der Längsachse L gebildeten Nockens.
Der in 21b gezeigte Profilstreifen gibt ein Beispiel für einen, bezogen auf die maximale Nockenerhebung, symmetrischen Profilstreifen 2, wie er in etwa für den Nocken 1, gezeigt in der Aufteilung der Profilstreifen entsprechend der 1 erforderlich ist. Die in der 21b gezeigte Schnittebene Q verläuft direkt durch die maximale Nockenerhebung des aus dem Profilstreifen 2 durch Biegen der Längsachse L gebildeten Nockens.
Nach dem Biegen der länglichen Profilstreifen 2 entsprechend den Ausführungsformen, wie sie in den 21a und 21b gezeigt sind, werden die beiden Enden 2a miteinander verbunden und somit der Nocken 1 gebildet.

1: Nocken
2: Profilstreifen
2a: Ende/Endbereich
3: Oberband
4: Unterband
5: Schweißnaht
6: Fügekontur
7: Gurtstärke
8: Einlauffase
9: Bereich geringer Biege-Umformung
10: Bereich erhöhter Biege-Umformung
11: Tragwelle
12: aufgeweiteter Bereich
13: Haspeldorn
14: Sollbiegestelle, Verbindungsbereich
15: Schnittkontur
16: Schneidwerkzeug
17: Schneidwerkzeug
18: Biegedorn
19: Kalibrierdorn
20: Formwerkzeug
21: Gravur, Verzahnung
22: Boden Kalibrierdorn
α₁: Konuswinkel
α₂: Konuswinkel
β₁: Vorhaltewinkel
β₂: Vorhaltewinkel
r: Radius Einlauftase
Q: Schnittebene
L: Längsachse
WR: Walzrichtung

Claims

Nocken für gebaute Nockenwellen, gebildet aus mindestens einem durch Walzen hergestellten, in seiner Längserstreckung unterschiedliche Dicken aufweisenden Profilblechstreifen (2) mit zwei Endbereichen (2a), wobei der Profilblechstreifen (2) zur Bildung des Nockenrohteils (1) so gebogen oder umgeformt ist, dass seine Endbereiche (2a) aneinander stoßen und miteinander verschweißt sind oder dass seine Endbereiche (2a) mit den Endbereichen (2b) mindestens eines weiteren gebogenen oder umgeformten Blechstreifens (2) verschweißt sind, wobei das Nockenrohteil (1) eine Ausnehmung (A) zur Aufnahme einer Tragwelle (11) aufweist, welche Ausnehmung (A) einen im Wesentlichen kreis- oder kreisabschnittförmigen Innenkonturbereich aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass an dem Innenkonturbereich eine Einlauffase (8) ausgebildet ist.
Nocken nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Einlauffase (8) walztechnisch in den oder die Profilblechstreifen (2) eingebracht ist.
Nocken nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Nockenrohteil (1) einem Druckkalibrierschritt unterzogen wird.
Nocken nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Einlauffase (8) während des Druckkalibrierschritts eingeformt ist.
Nocken nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Einlauftase (8) zumindest teilweise walztechnisch in den oder die Profilblechstreifen (2) eingebracht und anschließend die Endform der Einlauffase (8) in dem Druckkalibrierschritt ausgeformt ist.
Nocken nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Nockenrohteil (1) aus einem einzigen Profilblechstreifen (2) gebildet ist, der bezogen auf die durch den Ort der maximalen Nockenerhebung verlaufende Querachse (Q) symmetrisch oder asymmetrisch ausgebildet ist.
Nocken nach den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Nockenrohteil (1) zur Bildung einer Fügekontur (6) zumindest an der Innenwandung der Ausnehmung (A) eine Gravur aufweist.
Nocken nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Gravur durch sich in axialer Richtung des Nockenrohteils (1) erstreckende Verzahnungen gebildet ist.
Nocken nach den Ansprüchen 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Einlauffase (8) als nach außen sich konisch erweitender Abschnitt der Innenkontur der Ausnehmung (A) ausgebildet ist.
Nocken nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der sich nach außen konisch erweiternde Abschnitt in zwei sich konisch erweiternde, in axialer Richtung nebeneinander angeordnete Teilabschnitte unterteilt ist, wobei der äußere Abschnitt einen größeren Konuswinkel aufweist als der innere Abschnitt.
Nocken nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Konuswinkel (α₂) des äußeren Abschnitts zwischen 5 und 10° und der Konuswinkel (α₁) des inneren Abschnitts zwischen 0,5 und 4° beträgt.
Nocken nach den Ansprüchen 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Einlauffase (8) durch einen an der Innenkontur der Ausnehmung (A) vorgesehenen Radius (r) gebildet ist.
Nocken nach den Ansprüchen 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Einlauffase (8) durch einen sich nach außen aufweitenden parabelförmigen Abschnitt gebildet ist.
Nocken nach den Ansprüchen 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass sich der kreis- oder kreisabschnittförmige Innenkonturbereich über einen Umfangsbereich mit einem Umfangswinkel von mindestens 300° erstreckt.
Gewalzter Profilblechstreifen zur Herstellung von Nocken nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass ein Randbereich des Profilblechstreifens (2) walztechnisch derart verformt ist, dass diese Verformung nach erfolgter Biegung oder Umformung des Profilblechstreifens (2) zum Nockenrohteil (1) die Einlauffase (8) dieses Nockenrohteils bildet.
Profilblechstreifen nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Längsabschnitt des Profilblechstreifens (2) einem Umfangsabschnitt des Nockenrohteils (1) zugeordnet ist und dass der Dickenverlauf in den Längsabschnitten des Profilblechstreifens (2) im Wesentlichen dem Dickenverlauf in den entsprechenden Umfangsabschnitten des Nockenrohteils (1) entspricht.
Profilblechstreifen nach den Ansprüchen 15 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass seine beiden Randbereiche walztechnisch derart verformt sind, dass sie bezogen auf eine Senkrechte zur Fügekontur (6) überstehende Bereiche aufweisen, welcher Zusatzmaterial für die Kompensation der bei der Biegung oder Umformung des Profilblechstreifens (2) zum Nockenrohteil (1) auftretenden Querkontraktion des Werkstoffs enthält.
Profilblechstreifen nach den Ansprüchen 15 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass der Längenabschnitt des Profilblechstreifens (2), welcher der späteren Fügekontur (6) des gebogenen oder umgeformten Nockenrohteils (1) entspricht, eine Gravur aufweist, die walztechnisch in den Profilblechstreifen (2) eingebracht ist.
Profilblechstreifen nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass die eingewalzte Gravur als eine sich quer zur Walzrichtung erstreckende Verzahnung ausgebildet ist.
Verfahren zur Herstellung eines Nockens für gebaute Nockenwellen, umfassend folgende Verfahrensschritte: 1. Erzeugen mindestens eines in seiner Längserstreckung vorgegebene Dickenverläufe aufweisenden Profilblechstreifens (2) mit zwei Endbereichen (2a) durch Endloswalzen und Ablängen, wobei an eine Längskante des Profilblechstreifens (2) eine eine spätere Einlauffase (8) eines Nockenrohteils (1) bildende Randverformung mindestens teilweise angewalzt wird. 2. Biegen oder Umformen des Profilblechstreifens (2), sodass seine Endbereiche (2a) aneinander stoßen und miteinander verschweißt werden oder dass seine Endbereiche (2a) mit den Endbereichen (2b) mindestens eines weiteren gebogenen oder umgeformten Blechstreifens (2) aneinander stoßen und verschweißt werden.
Verfahren nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass das Nockenrohteil (1) einem Druckkalibrierschritt unterzogen wird.
Verfahren nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, dass die teilweise angewalzte Randverformung des Profilblechstreifens (1) im Rahmen des Druckkalibrierschritts in die Endform der Einlauftase (8) gebracht wird.
Verfahren nach den Ansprüchen 20 bis 22, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Randbereiche des Profilstreifens (2) walztechnisch derart verformt werden, dass sich bezogen auf eine Senkrechte zur Fügekontur (6) ein überstehender Bereich bildet, welcher Zusatzmaterial für die Kompensation der bei der Biegung oder Umformung des Profilblechstreifens (2) zum Nockenrohteil (1) auftretenden Querkontraktion des Werkstoffs enthält.
Verfahren nach den Ansprüchen 20 bis 23, dadurch gekennzeichnet, dass in den Längenabschnitt des Profilblechstreifens (2), welcher der späteren Fügekontur (6) des gebogenen oder umgeformten Nockenrohteils (1) entspricht, eine Gravur (z.B. in Form einer sich quer zur Walzrichtung erstreckenden Verzahnung) eingewalzt wird.
Verfahren nach den Ansprüchen 20 bis 24, dadurch gekennzeichnet, dass die Profilblechstreifen (2) durch Endloswalzen als Abschnitte eines haspelfähigen Endlosbandes erzeugt werden, wobei die Profilblechstreifen (2) durch eine geringere Blechdicke aufweisende Verbindungsbereiche (14) verbunden sind.
Gebaute Nockenwelle mit Nocken nach den Ansprüchen 1 bis 14, wobei die Tragwelle (11) an den Axialpositionen, an denen die Nocken befestigt werden sollen, Abschnitte mit aufgeweitetem Durchmesser aufweist, und wobei die Nocken mit der Einlauffase (8) voran auf die Tragwelle (11) aufgeschoben und über den jeweiligen Abschnitt mit dem aufgeweiteten Durchmesser unter Ausbildung einer kraft- und/oder formschlüssigen Verbindung zwischen Nocken und Tragwelle (11) geschoben sind.
Nockenwelle nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, dass die Durchmesseraufweitungen der Tragwelle durch Materialverdrängungsverfahren wie Rollieren oder Rändeln hergestellt sind.