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I. Anwendungsgebiet
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Die Erfindung betrifft Schaltwellen, deren Zweck darin besteht, durch Drehen der Welle um ihre Längsachse daran drehfest befestigte Anbauteile ebenfalls in ihrer Drehlage zu verändern.
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II. Technischer Hintergrund
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Ein typischer Anwendungsfall hierfür sind im Automobilbereich die hintereinander liegenden Verschlussklappen in den Ansaugwegen bzw. Abgaswegen für die einzelnen Zylinder für den Verbrennungsmotor, die durch Drehen einer solchen Schaltwelle geöffnet oder geschlossen bzw. teilweise geöffnet oder geschlossen werden.
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Aus Gründen der kostengünstigen Herstellung bei dennoch ausreichender Stabilität besteht dabei die Welle aus Metall, während die daran befestigten Anbauteile, z. B. Schaltklappen für den Ansaugtrakt aus Kunststoff oder Metall und für den Abgastrakt nur aus Metall bestehen und an die Welle aus Metall angespritzt bzw. angeschweißt werden.
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Ohne die Erfindung hierauf zu beschränken wird im Folgenden immer konkret von Schaltklappen als angebauten Funktionsteilen gesprochen.
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Um beim Anspritzen bzw. beim Anschweißen der Schaltklappen sowohl deren Drehfestigkeit zu gewährleisten, als auch – in der Regel an einem Ende der Schaltwelle – einen dort zu fixierenden Antrieb drehfest an der Schaltwelle mittels Formschluss und nicht nur mittels Kraftschluss befestigen zu können, wird zumindest in den genannten Bereichen ein unrunder Querschnitt der Schaltwelle benötigt.
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In diesem Zusammenhang ist es bereits bekannt, als Material für die Schaltwelle ein Drahtmaterial oder Stangenmaterial zu verwenden, welches über die gesamte Länge einen gleich bleibenden, unrunden, beispielsweise rechteckigen, Querschnitt besitzt.
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Dies gewährleistet die formschlüssige Drehfestigkeit der Schaltklappen und auch des Antriebes, hat jedoch den Nachteil, dass an den Stellen, an denen die Schaltwelle in einem umgebenden Gehäuse gelagert werden muss – was in der Regel jeweils beidseits jeder Schaltklappe mindestens einmal der Fall ist – eine Lagerung des unrunden Querschnittes der Schaltwelle auf direktem Wege nicht möglich ist, sondern hierfür an die unrunde Schaltwelle zunächst ein Lagerungs-Außendurchmesser mit rundem Querschnitt angebracht, meist angespritzt werden müssen.
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Um dies zu vermeiden, ist es ebenfalls bereits bekannt, als Ausgangsmaterial für die Schaltwelle einen Draht oder eine Stange mit kreisförmigem, rundem Querschnitt zu benutzen und diesen runden Querschnitt im Bereich der anzuspritzenden bzw. anzuschweißenden Schaltwellen und ggf. auch anzusetzenden Antriebes mittels spanender Bearbeitung zu einem unrunden Querschnitt abzuflachen.
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III. Darstellung der Erfindung
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a) Technische Aufgabe
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Es ist daher die Aufgabe gemäß der Erfindung, ein Verfahren zur Herstellung einer Schaltwelle zur Verfügung zu stellen, welches einfach, schnell und kostengünstig durchzuführen ist und damit die Kosten der Schaltwelle bei mindestens gleicher Belastbarkeit reduziert.
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b) Lösung der Aufgabe
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Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
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Durch die Verwendung eines runden Ausgangsmaterials, welches nur in den Funktionsabschnitten sowie dem Antriebsabschnitt zu einem unrunden Querschnitt verpresst wird, kann in den unverpressten Abschnitten der runde Ausgangsquerschnitt direkt in einem umgebenden Lagerbock gelagert werden, ohne spezielle Lagerungsteile mit rundem Außenumfang an der Welle anspritzen bzw. anbringen zu müssen.
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In den Funktionsabschnitten dagegen kann die dort unrunde Welle mit Funktionsteilen wie etwa Schaltklappen aus Kunststoff umspritzt oder Schaltklappen angeschweißt oder formschlüssig befestigt, insbesondere verrastet, werden, die an dem unrunden Querschnitt kraftschlüssig sicher gehalten werden.
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Ebenso kann an dem unrunden Antriebsabschnitt ein Antrieb formschlüssig angesetzt werden.
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Der Nachteil, dass durch das Verpressen von mehreren Stellen die Welle in Längsrichtung verlängert wird, ist verschmerzbar, wenn die einzelnen Pressungen nicht gleichzeitig, sondern nacheinander, beispielsweise beginnend vom Antriebsabschnitt aus, durchgeführt werden. Ein dadurch entstehender Überstand kann entweder abgetrennt werden oder von vorne herein beim Ablängen des Ausgangsmaterials mit eingerechnet werden, wobei das frei überstehende Ende in der Regel unkritisch ist.
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Unabhängig vom Herstellungsablauf ist natürlich bevorzugt, dass kein zusätzliches Ablängen nach dem Verpressen notwendig ist, um diesen Arbeitsschritt einzusparen.
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Der weitere Nachteil, dass beim Verpressen der Querschnitt der Welle nicht nur unrund, sondern quer zur Pressrichtung auch breiter wird als das Ausgangsmaterial, führt dazu, dass die Lagerböcke, in denen die Welle später mit ihrem runden Querschnitt der Lagerungsabschnitte gelagert werden soll, vor dem Verpressen auf die jeweiligen Lagerungsabschnitte aufgeschoben werden müssen, falls es sich dabei um umlaufend geschlossene Lagerbuchsen bzw. Lagerböcke handelt.
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Falls es sich um in Umfangsrichtung getrennte, zweiteilige Lagerböcke handelt, können diese auch nachträglich in Querrichtung zur Längsachse der Welle aufgesteckt werden.
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Eine zusätzliche Absicherung kann jedoch technisch nur mit sehr hohem Aufwand realisiert werden.
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Selbst das vorherige Aufstecken umfänglich geschlossener Lagerböcke kann vermieden werden, wenn ein erhöhter Aufwand beim Verpressen der Welle an den Funktionsabschnitten in Kauf genommen wird:
Durch ein Verpressen in einer ersten Querrichtung wird der Querschnitt flacher, jedoch breiter als der Querschnitt des runden Ausgangsmaterials. Durch ein anschließendes zweites Verpressen quer zur ersten Pressrichtung und wiederum quer zur Längsachse der Schaltwelle kann dies eliminiert werden: Dann entsteht im Funktionsabschnitt ein unrunder, beispielsweise quadratischer oder rechteckiger, auf Wunsch auch dreieckiger, Querschnitt, der sich innerhalb des runden Ausgangsquerschnittes befindet.
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Die Folge ist lediglich eine noch stärkere Längung als bei einem Verpressen nur in einer Querrichtung, aber diese zusätzliche Längung der Welle ist aus den oben dargelegten Gründen akzeptierbar.
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In der Praxis erfolgt das Verpressen eines Funktionsabschnittes der Welle in einer Querrichtung zwischen einem Oberwerkzeug und einem Unterwerkzeug, von denen mindestens eines einen in Querrichtung beweglichen Stempel aufweist, der in dem umgebenden Teil des Werkzeuges geführt ist, die als Stempelführung dient.
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Diese umgebenden Stempelführungen werden mittels Distanzplatten auf einen definierten Abstand zueinander gehalten, der sich aus einer definierten Vorspannkraft gegenüber dem einzulegenden Material der Schaltwelle ergibt, wenn Ober- und Unterwerkzeug mit den Distanzplatten dazwischen gegeneinander angelegt sind.
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Dies ist notwendig, da in den Bereichen neben dem Pressstempel, also auch in dem Bereich, in dem die umgebenden Stempelführungen an der Schaltwelle anliegen, die Schaltwelle einerseits in Querrichtung durch diese Stempelführungen auf der Ober- und Unterseite geführt werden, um ein Abknicken beim Pressen zu verhindern, andererseits aber auch nicht so stark festgehalten werden dürfen, dass die Längung der Schaltwelle dabei behindert wird und die Schaltwelle im Bereich der Stempelführungen gestaucht würde.
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Um ein Verbiegen der Welle in Querrichtung zu vermeiden, werden vorzugsweise beide gegeneinander gerichteten Pressstempel mit gleicher Presskraft und gleichzeitig beaufschlagt und damit im gleichen Maße gegenüber ihrer jeweiligen Stempelführung vorwärts verschoben.
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Die Vorspannkraft, mit der die Stempelführungen von Oberwerkzeug und Unterwerkzeug während des Verpressens um den Pressstempel herum an der Schaltwelle anliegen, wird vorzugsweise zwischen 2 t und 10 t gewählt, wodurch zwischen Führung in Querrichtung und Gleitfähigkeit der Schaltwelle in Längsrichtung gegenüber den Stempelführungen der gewünschte Kompromiss gefunden ist.
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Dabei wird bei Schaltwellen für den Ansaugtrakt von Kraftfahrzeugen vorzugsweise ein Rundstahl mit maximal 6 mm, besser maximal 5 mm Außendurchmesser, besser maximal 4 mm Außendurchmesser gewählt, wobei vorzugsweise legierte Edelstähle benutzt werden sollten.
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Für die Führung des runden Ausgangsmaterials in den Stempelführungen von Oberwerkzeug und Unterwerkzeug ist, dort jeweils eine nutförmige Vertiefung mit einem kreissegmentförmigen Querschnitt, deren Radius dem des runden Ausgangsmaterials der Schaltwelle entspricht, eingearbeitet, wobei lediglich die Lagerungsabschnitte ausgenommen bleiben, die einen runden Außenquerschnitt zwecks Lagerung in den Lagerböcken benötigen.
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Da das Verpressen der runden Schaltwelle in Querrichtung zu einem unrunden Querschnitt und darüber hinaus zu einer Verfestigung des Materials führt, kann dieses Verpressen über den Bereich der Funktionsabschnitte und des Antriebsabschnittes hinaus auf andere Längenbereiche der Schaltwelle ausgedehnt werden.
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Auf diese Art und Weise lässt sich eine Schaltwelle erzielen, deren Funktionsabschnitte und Antriebsabschnitt der Schaltwelle nach dem Verpressen zumindest flacher, in der Regel auch breiter als der runde Ausgangsquerschnitt ist, der zumindest in den Lagerungsabschnitten beibehalten wurde.
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An den Funktionsabschnitten, die dann einen unrunden Querschnitt besitzen – zumindest über einen Teil ihrer axialen Erstreckung – können dann Anbauteile aus Kunststoff angespritzt oder aus Stahl angeschweißt werden, beispielsweise Schaltklappen.
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Zwischen den Funktionsabschnitten sind ein oder auch jeweils zwei Lagerböcke mit rundem Innenquerschnitt, die vorzugsweise in Umfangsrichtung geschlossen und ein- oder mehrstückig ausgebildet sind, aufgeschoben.
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Da die Lagerböcke im runden Lagerungsabschnitt zwischen den einzelnen Funktionsabschnitten in Längsrichtung frei verschiebbar sind, können die vor dem Verpressen der Funktionsabschnitte dazwischen aufgeschobenen Lagerböcke vor dem Anspritzen von Anbauteilen aus Kunststoff jeweils z. B. in die Mitte der Lagerungsabschnitte verschoben werden, so dass sie von den Funktionsabschnitten möglichst weit entfernt sind, und nicht mehr innerhalb des auszuspritzenden Hohlraumes in der Spritzform zu liegen kommen, was die Gestalt der Spritzform vereinfacht und verbilligt.
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Nach Fixieren aller Anbauteile werden die Lagerböcke dann vorzugsweise nahe an das jeweilige Anbauteil herangeschoben, um dieses Anbauteil so exakt wie möglich in der umgebenden Baugruppe zu lagern. Dazu müssen natürlich die Lagerböcke an ihrer Außenseite an dieser umgebenden Baugruppe fixiert werden.
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Die Funktionsabschnitte mit unrundem Querschnitt können dabei über den Längenbereich der Anbauteile vergrößert sein bis hin zu den Lagerungsabschnitten, die hiervon ausgenommen sein müssten.
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Auf dieser Art und Weise kann mit dem dünneren Ausgangsmaterial die gleiche Stabilität erzielt werden.
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In einer weiteren Ausführungsform kann die Schaltwelle aus mehreren, sich in Längsrichtung aneinander anschließenden, Teilen bestehen, die insbesondere gelenkig miteinander verbunden sind. Dadurch können Winkelfehler, wie sie als Knick an den Pressstellen entstehen können, besser ausgeglichen werden und ebenso Maßungenauigkeiten des aufnehmenden Bauteils.
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c) Ausführungsbeispiele
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Ausführungsformen gemäß der Erfindung sind im Folgenden beispielhaft näher beschrieben. Es zeigen:
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1a–e: Die fertige Schaltwelle in perspektivischer Ansicht sowie in Schnittdarstellungen,
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2a–b: die Schaltwelle im Presswerkzeug sowie ein Werkzeug alleine,
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3a–b: den Herstellungsablauf beim Pressen der Schaltwelle,
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4a–b: einen anderen Herstellungsablauf beim Pressen der Schaltwelle,
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5a–c: unterschiedlich verpresste Funktionsabschnitte, und
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6a–b: unterschiedliche Befestigungsarten von Anbauteilen.
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1 zeigt eine gesamte Schaltwelle für einen Ansaugtrakt mit einem Antriebsabschnitt an einem Ende in Form eines unrunden Querschnittes zum Ansetzen eines Antriebsteiles und mehreren über die Längen der Schaltwelle 1 verteilten, drehfest an der Schaltwelle befestigten Schaltklappen 6, die etwa tellerförmig bzw. in Form runder Platten, gestaltet sind. Dabei erstreckt sich die Schaltwelle 1 in der Hauptebene dieser plattenförmigen Schaltklappen 6 durch diese mittig hindurch, sodass beim Drehen der Schaltwelle 1 um die Längsrichtung 10 die Schaltklappe um ihre Querachse analog gedreht wird.
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Um dabei die Schaltklappen 6 definiert in ihrer Position zu halten, sind zwischen den Schaltklappen 6, vorzugsweise nahe an jeder Schaltklappe 6 beidseits je ein, Lagerbock 7, angeordnet, in denen die Schaltwelle 1 mit ihrem runden Außendurchmesser gelagert ist und die ihrerseits an dem entsprechenden Bauteil der Umgebung, beispielsweise dem Luft-Ansaug-Gehäuse eines Verbrennungsmotors, gelagert sind, sodass die Schaltklappen 6 je nach Drehlage den Lufteintritt in die Luftansaugkanäle des Verbrennungsmotors mehr oder weniger stark freigeben.
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In 1e ist ein Abschnitt der Schaltwelle 1 mit einer einzigen Schaltklappe 6 und den beiderseitig davon angebrachten Lagerböcken 7 vergrößert dargestellt.
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Dabei ist die Schaltklappe 6 durchsichtig gezeichnet, wodurch erkennbar ist, dass im Inneren der Schaltklappen 6 der ansonsten runde Außenquerschnitt der Schaltwelle 1 in einem Längenbereich im Inneren des Durchmessers der Schaltklappe 6, den die Schaltwelle 1 durchmisst, zu einem unrunden Querschnitt flachgepresst ist, wodurch die mittels Spritzen aus flüssigem Kunststoff hergestellte oder angeschweißte Schaltklappe 6 zuverlässig drehfest auf der Schaltwelle 1 befestigt wird.
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Der Funktionsabschnitt 2 mit dem unrunden Querschnitt ist dabei vorzugsweise kürzer als diese Durchmesser der Schaltklappe 6, was das Einlegen der Schaltwelle 1 in die entsprechende Spritzform beim Spritzen der Schaltklappe 6 erleichtert, da dann die beiderseitigen Eintrittsöffnungen in die Form einen lediglich runden Querschnitt besitzen müssen und somit die Drehlage der Schaltwelle 1 in der Spritzform nachjustiert werden kann, was nicht möglich wäre, wenn sich der unrunde Querschnitt des Funktionsabschnittes 2 über den seitlichen Rand der Schaltklappen 6 hinaus erstrecken würde.
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Ferner ermöglicht diese Lösung, dass die Lagerböcke 7, in deren runden Lagerungsauge der Schaltwelle 1 eben einen runden Außenquerschnitt besitzen muss, sehr nahe an die Schaltklappe 6 positioniert werden können, was nicht möglich wäre, wenn sich der unrunde Funktionsabschnitt 2 seitlich über die jeweilige Schaltklappe 6 hinaus erstrecken würde.
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Die Lagerböcke 7 können zweiteilig, also aus zwei Halbschalen bestehend, ausgebildet sein, wie in 1e im linken Bild dargestellt.
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Dies ermöglicht ein Anbringen der Lagerböcke 7, nachdem alle Schaltklappen 6 gespritzt oder aufgeschweißt sind, indem die eine Halbschale von der einen Querrichtung her an die Schaltwelle 1 angesetzt wird und die andere Halbschale von der Gegenrichtung her aufgesetzt und mit der ersten Halbschale verbunden, beispielsweise verrastet oder verklebt, wird.
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Der Nachteil ist eine längere Montagezeit der Lagerböcke und eine weniger hinsichtlich des Spieles zwischen der Schaltwelle 1 und den Lagerböcken 7 – geringere – Genauigkeit als bei einstückig, also umlaufend, um den runden Außenumfang der Schaltwelle 1 geschlossenen, Lagerböcken 7, wie in 1e am rechten Lagerbock dargestellt.
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Letzteres erfordert natürlich ein Aufschieben der umlaufend geschlossenen, einstöckigen Lagerböcke 7 auf die Schaltwelle 1, bevor der entsprechende axiale Zugang verschlossen ist, also solange auf einer Seite der vorgesehenen Position der Lagerböcke in axialer Richtung die Schaltwelle 1 noch ihren ursprünglichen, runden Außenumfang, besitzt, so dass von dort her die Lagerböcke 7 noch aufgeschoben werden können.
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Die 1b bis 1d zeigen Querschnitte durch die Schaltwelle 1 im Bereich eines Funktionsabschnittes 2, also durch eine Schaltklappe 6 bei 1b, in einem Lagerungsabschnitt 3, also durch Lagerböcke 7, in 1c und durch den Antriebsabschnitt 4 in 1d.
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Dabei ist in 1c der ursprüngliche, runde, beispielsweise durch Ziehen erzeugte Außenquerschnitt der Schaltwelle 1 zu sehen, der von einem entsprechenden Innenumfang der Lagerböcke 7 mit definiertem Spiel umschlossen wird, so dass die Schaltwelle 1 in Lagerböcken 7 drehbar gehalten wird, die in der Regel wie die Schaltklappen 6 ein Spritzteil aus Kunststoff sind, jedoch auch aus anderen Materialien bzw. Kombinationen bestehen können.
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Die Lagerböcke 7 besitzen in der Regel eine unsymmetrische, meist U- oder V-förmige, also trapezförmige oder dreieckförmige, Außenkontur mit einer meist horizontalen Aufstandsfläche zum Aufsetzen und Fixieren auf einem umgebenden Bauteil, gegenüber dem die Schaltwelle 1 gelagert werden soll.
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In den Funktionsabschnitten 2, also innerhalb der Schaltklappen 6, sowie im Antriebsabschnitt 4, meist an einem der Enden der Schaltwelle 1, ist dieser ursprünglich runde Querschnitt 12 dagegen flachgepresst zu einem unrunden Querschnitt 12, dessen Querschnitt flacher, jedoch auch breiter als der ursprüngliche runde Querschnitt 12 ist, wodurch beim Umspritzen mit einer Schaltklappe 6, wie in 1b dargestellt, die gewünschte formschlüssige drehfeste Verbindung zwischen Schaltwelle 1 und Schaltklappe 6 erreicht wird.
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Damit die aus Kunststoff hergestellte Schaltklappe 6 auch um die breitgepresste Schaltwelle 1 herum genügend Kunststoffmaterial und damit Stabilität aufweist, die ein Ausbrechen der Schaltplatte 1 verhindert, ist die Schaltklappe 6 – in Längsrichtung 10 der Schaltwelle 1 betrachtet – in ihren mittleren Bereich, in den sie die flachgepresste Schaltwelle umgibt, mit einer größeren Materialdicke hergestellt als in den weiter außen liegenden Bereichen, die bei Bedarf aus Stabilitätsgründen zusätzlich mit Verstärkungsrippen 18 auf der Oberseite und/oder Unterseite ausgestattet sein können.
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1d zeigt den vorzugsweise analog zum Funktionsabschnitt 2 flachgepressten Antriebsabschnitt 4, der meist eines der Enden der Schaltwelle 1 darstellt und nicht vom Kunststoff umschlossen ist, weshalb der sich an diesen unrunden Querschnitt 12' anschließende runde Querschnitt 12 dort zu erkennen ist. Bei Bedarf können hier weitere Anbauteile zum An- bzw. Abtrieb aus Kunststoff oder Stahl angebracht werden.
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3 zeigt einen Teil des Herstellungsvorganges der Schaltwelle 1 mit mehreren Klappen, aus dem geraden Stangenmaterial mit rundem Querschnitt 12:
Dabei werden die einzelnen Pressstellen entlang der Längsrichtung 10 der Schaltwelle 1 nacheinander hergestellt, beispielsweise beginnend mit einer Pressstelle 17 in Form der Verpressung A am Antriebsabschnitt 4.
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Da sich bei jeder Verpressung des runden Querschnittes der Schaltwelle 1 an einer Pressstelle 17 in Querrichtung 11a durch den beim Verpressen auftretenden Materialfluss der Querschnitt der Schaltwelle 1 nicht nur in der anderen Querrichtung 11b verbreitert, sondern auch eine Längung der Schaltwelle 1 in Längsrichtung 10 eintritt, die berücksichtigt werden muss, da die Funktionsabschnitte 2 einen definierten Abstand in Längsrichtung 10 zueinander einnehmen sollen, stehen unterschiedliche Möglichkeiten zur Berücksichtigung dieser Tatsache zur Verfügung:
In der Regel sieht ein Presswerkzeug aus wie in den 2a und 2b dargestellt. Dabei wird ein Oberwerkzeug 8a gegen ein Unterwerkzeug 8b angelegt, wie in 2a dargestellt.
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In jedem der beiden Werkzeuge 8a, 8b befindet sich im mittleren Bereich, ringförmig umschlossen von dem jeweiligen Oberwerkzeug bzw. Unterwerkzeug 8a, 8b, ein demgegenüber in Querrichtung 11a zur Hauptebene des Werkzeuges beweglicher Pressstempel 9, in diesem Fall mit einem rechteckigen Querschnitt, für den das umgebende Oberwerkzeug 8a bzw. Unterwerkzeug 8b als Stempelführung dient.
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Oberwerkzeug 8a und Unterwerkzeug 8b werden fluchtend gegeneinander gelegt, so dass auch die jeweiligen Pressstempel 9 fluchtend gegeneinander gerichtet sind und sich die Schaltwelle 1 quer durch den gegeneinander gerichteten Bereich der Pressstempel 9 zwischen Oberwerkzeug 8a und Unterwerkzeug 8b hindurcherstreckt.
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Damit ein seitliches Ausweichen der Schaltwelle 1 vor allem im Bereich der Stempelführungen 8a, b, also außerhalb der Pressstempel 9, vermieden wird, ist in die Kontaktfläche von Oberwerkzeug 8a und Unterwerkzeug 8b jeweils eine Nut 14 mit kreissegmentförmigem Querschnitt entsprechend dem Radius des runden Ausgangsquerschnittes 12 der Schaltwelle 1 eingearbeitet.
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2a zeigt das gegeneinander angelegte, geschlossene Oberwerkzeug 8a und Unterwerkzeug 8b mit bereits eingelegter noch runder Schaltwelle 1. Dabei sind seitlich abseits des Bereiches der Schaltwelle 1 und der entsprechenden Nut 14 an einem der Werkzeuge, vorzugsweise am Oberwerkzeug 8a, Distanzplatten 13 befestigt, die im Bereich der Schaltwelle 1 einen definierten Abstand zwischen Oberwerkzeug 8a und Unterwerkzeug 8b vorgeben, wodurch – unter Berücksichtigung der Form und Tiefe der Nut 14 – die Werkzeuge 8a, b mit einer definierten Vorspannung in Querrichtung 11a an der Schaltwelle 1 anliegen, wenn Oberwerkzeug 8a und Unterwerkzeug 8b bereits gegeneinander über die Distanzplatten 13, anliegen.
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Wenn nun anschließend die Pressstempel 9 mit einer ebenfalls definierten Presskraft, vorzugsweise jeweils einer gleichen Presskraft und exakt gleichzeitig gegen die Schaltwelle 1 gefahren werden und zwar vorzugsweise mindestens bis zur Kontaktseite des jeweiligen Werkzeuges 8a, b, wird die Schaltwelle 1 auf einen unrunden Querschnitt flachgepresst, der dünner ist als der Ausgangsabstand zwischen den Werkzeugen 8a, b, also als die Distanzplatten 13, jedoch breiter als der runde Querschnitt 12.
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Der innere Rand der Distanzplatten 13 ist dabei jedoch ausreichend weit von den Stempeln 9 und der Schaltwelle 1 entfernt, so dass die Verbreiterung der Schaltwelle 1 die Distanzplatten 13 nicht erreicht.
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Der dabei abseits der Pressstellen auftretende Materialfluss der Schaltwelle 1 in ihrer Längsrichtung und damit Längung der Schaltwelle 1 außerhalb der Pressstelle wird möglich, indem die in 2b sichtbare Klemmung der Schaltwelle 1 zwischen den Werkzeugen 8a und 8b in der Nut 14 geringer ist als die Längskraft in der Schaltwelle 1, so dass sich die Schaltwelle 1 ohne gestaucht zu werden abseits der Pressstelle 17 in Längsrichtung 10 dehnen kann.
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In 2b sind ferner die Positionierzapfen 19 abseits des Pressstempels 9 in einem der Werkzeuge 8a bzw. 8b zu erkennen, zu denen das andere Werkzeug 8b bzw. 8a analoge Vertiefungen aufweist.
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In der linken Seite der 2b ist ferner die beim Verpressen der Schaltwelle 1 eintretende Längung 16 der Schaltwelle 1 auf einer Seite der Pressstelle 17 dargestellt.
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Sofern die Kontaktfläche des Pressstempels 9 parallel zur Längsrichtung 10 der Schaltwelle 1 gestaltet ist, also über die gesamte Länge der Pressstelle 17 in Längsrichtung 10 gleichzeitig auf der Schaltwelle 1 auftrifft, wird diese Längung 16 beidseits der Pressstelle 17 auftreten.
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Dies bedeutet für das Herstellen der einzelnen Pressstellen 17 hintereinander, wie in 3 dargestellt, dass nach Herstellen der Pressstelle 17 bei A, also des Antriebsabschnittes 4 zunächst einmal eine Längung in Richtung zur Pressstelle E hin aufgetreten ist.
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Da der Überstand der Schaltwelle 1 von der letzten Pressstelle E zum dortigen frei auslaufenden Ende in der Regel unkritisch ist, da dort eine große Längentoleranz zulässig ist, ist dies für das Herstellen der nächsten Pressstelle B nur insofern von Bedeutung, als der bereits hergestellte Antriebsabschnitt 4 an der Pressstelle A in der Regel benutzt wird, um durch Anlegen an einem Anschlag die Pressstelle B in Längsrichtung 10 richtig im Presswerkzeug 8a, b in Längsrichtung 10 zu positionieren.
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Beim Verpressen an der Pressstelle 17 bei B muss ein solcher Längs-Anschlag beim Antriebsabschnitt 4 jedoch wieder entfernt sein, da sich die Schaltwelle 1 nun in beide Längsrichtungen 10 ausdehnt, also auch zum ursprünglichen Anschlag beim Antriebsabschnitt 4 hin.
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Die Längung in diese Richtung muss vorher bekannt und beim Positionieren der Pressstelle B mitberücksichtigt sein, um später den gewünschten Abstand zwischen den Pressstellen bei A und B zu erzielen.
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In gleicher Weise wird anschließend die Pressstelle 17 bei C hergestellt, also zunächst durch Anlegen des Endes der Schaltwelle 1 an der ersten Pressstelle A in einem Längsanschlag die richtige Positionierung der Schaltwelle 1 in Längsrichtung 10 im Presswerkzeug bei C durchgeführt, das Presswerkzeug geschlossen, der nicht dargestellte Längsanschlag am Ende bei A entfernt und anschließend das Verpressen an der Pressstelle 17 bei C durchgeführt, wodurch wiederum eine beidseitige Längung 16 der Schaltwelle 1 erfolgt. In gleicher Weise werden danach noch die Pressstellen D und dann E erzeugt.
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Dabei kann an den einzelnen Pressstellen jeweils das gleiche Presswerkzeug, also bestehend aus Oberwerkzeug 8a und Unterwerkzeug 8b und den beiden Pressstempeln 9, und zwar an gleicher Position, benutzt werden, während lediglich die Schaltwelle 1 abschnittweise in 3 nach rechts verschoben und an unterschiedlich positionierten, nicht dargestellten Endanschlägen am rechten Ende angelegt wird.
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Eine anderen Möglichkeit besteht darin, die die Pressstellen der gesamten Schaltwelle 1 zu verpressen, ohne die Schaltwelle 1 in ihrer Position zu verändern, wie in 3b dargestellt, wofür dann natürlich mehrere Presswerkzeuge entsprechend der Anzahl der Pressstellen 17 nebeneinander vorhanden sein müssen:
Das Verpressen an den Pressstellen A, B, C, D, E wird dann zeitlich nacheinander durchgeführt, wobei die bereits durchgeführten Verpressungen vorzugsweise mit ihren Pressstempeln 9 in der jeweils eingenommenen Pressstellung, also der vorgeschobenen Stellung, verbleiben.
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Um die Längung der Schaltwelle 1 bei der nächsten Pressstelle 17 zurück in Richtung der bereits durchgeführten Pressstelle 17 zu vermeiden, sind die Pressstempel 9 in Längsrichtung 10 verlaufend mindestens bei den Pressstellen B bis E für die Funktionsabschnitte 2 schräg gestellt, und zwar mit dem am weitesten gegen die Schaltwelle 1 vorstehenden Enden auf Seiten der bereits durchgeführten Pressstelle 17.
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Beim Durchführen einer Verpressung wird auf Seiten der bereits durchgeführten Verpressungen der neue Pressstempel 9 als erstes die Schaltwelle 1 erreichen, dadurch in Längsrichtung 10 festhalten und zunehmend verpressen, wodurch der in Querrichtung vordringende Pressstempel 9 das Material außer in der Querrichtung nur in Längsrichtung von der bereits erzeugten Pressstelle 17 wegpresst, also die Längung 16 ausschließlich in Richtung der noch nicht bearbeiteten Pressstellen hin erfolgt.
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Dies summiert sich zwar in einer umso größeren Längung am freien Ende hinter der letzten Pressstelle E auf. Da dort jedoch eine große Längentoleranz der Schaltwelle 1 akzeptabel ist, ist dies unkritisch.
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Auch der weitere Nachteil, dass dadurch – betrachtet in einer Querrichtung 11b quer zur Pressrichtung 11a, wie in den 3a und 3b – Pressstellen 17 an der Schaltwelle 1 entstehen, deren Dicke sich im Bereich der Pressstelle 17 ändert, ist für die Funktion der Schaltwelle 1 später unkritisch.
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Der Vorteil dieser Vorgehensweise liegt in einem wesentlich höheren Mengen-Durchsatz herzustellender Schaltwellen 1 bei geringerem Aufwand an Arbeitszeit, jedoch höherem Werkzeug-Aufwand.
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4 zeigt den Vorgang beim Herstellen einer einzigen Pressstelle 17, der jedoch in zwei Schritten erfolgt.
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Beim Schritt a) wird der noch runde Ausgangsquerschnitt 12 der Schaltwelle 1 wie zuvor beschrieben zwischen zwei Pressstempeln 9 verpresst, wodurch ein Querschnitt 12' erzielt wird, der flacher, jedoch auch breiter als der runde Ausgangsquerschnitt 12 ist.
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Hierdurch wird das Auffädeln von Lagerböcken 7 mit einstückig rundem Querschnitt über diese breitgepresste Pressstelle mit dem breiteren Querschnitt 12' hinweg verhindert.
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Deshalb kann anschliellend in einem zweiten Pressschritt b), beispielsweise mittels der gleichen Pressstempel 9, jedoch um 90° nach der ersten Verpressung in Querrichtung 11a gedrehter Schaltwelle 1 in einer zweiten Querrichtung 11b der Schaltwelle 1 eine erneute Verpressung vorgenommen werden, wodurch ein Querschnitt 12'' entsteht, der annähernd quadratisch ist.
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Durch entsprechende Einstellung des Stempelweges kann erreicht werden, dass dieser Querschnitt 12'' an keiner Stelle des Umfanges über den ursprünglichen, runden Ausgangsquerschnitt 12 vorsteht, was dadurch möglich ist, dass bei beiden Pressschritten a) und b) hier jeweils auch Material des runden Ausgangsquerschnittes 12 in Längsrichtung 10 verlagert wurde.
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Dadurch können über diese dann unrunden, jedoch innerhalb des runden Ausgangsquerschnittes 12 liegenden Querschnitte 12'' der Funktionsabschnitte 2 hinweg auch einstückige, ringförmige geschlossene Lagerböcke 7 nach Verpressen der Welle 1 und vor dem Spritzen der Schaltklappen 6 an die gewünschten Längspositionen der Schaltwelle 1 aufgeschoben werden.
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5a zeigt in der Seitenansicht eine Schaltwelle 1 mit einem Funktionsabschnitt 2, der durch beidseitiges Ansetzen eines Pressstempels – wie in den 2 erläutert – dünner ist als der ursprüngliche Querschnitt 12 der Schaltwelle 1, wobei der Funktionsabschnitt bezüglich der Längsmitte zum ursprünglichen Querschnitt 12 symmetrisch liegt.
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Dagegen zeigt 5b einen Funktionsabschnitt 2, bei der nur ein Stempel an dem ursprünglich runden Querschnitt 12 der Schaltwelle 1 angesetzt wurde und damit ein Querversatz des Materials im Funktionsabschnitt 2 gegenüber der ursprünglichen Symmetrieachse stattfindet, die nur dann mit einer Dicken-Verringerung des Materials in dieser Ansicht der 5b einhergeht, wenn auf der vom Pressstempel gegenüberliegenden Seite ein entsprechender Anschlag als Gegen-Stempel vorhanden war.
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In beiden Fällen können jedoch Anbauteile auf alle zuvor erwähnten Befestigungsarten drehfest fixiert werden, sei es durch Umspritzen mit Kunststoff, sei es durch Anschweißen von Anbauteilen, die dann vorzugsweise aus Metall bestehen.
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Auch ein Anschweißen von vorgefertigten Anbauteilen wie etwa Schaltklappen aus Kunststoff ist möglich, beispielsweise indem die Schaltklappen in zwei Hälften hergestellt werden, die von einander gegenüberliegenden Seiten aus gegen den Funktionsabschnitt 2 formschlüssig angelegt und gegeneinander verschweißt werden können.
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6a zeigt eine Lösung, wie eine vorgefertigte, hutförmige Schaltklappe 6 aus Metall auf den abgeflachten Teil des Funktionsabschnittes 2 aufgelegt und in Längsrichtung im Spalt zwischen Schaltklappe 1 und den wegragenden Teilen der Schaltklappe 6 mit einer Schweißnaht 20 auf jeder Seite fixiert wird.
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Wenn dabei die in 5a sichtbaren Schultern zwischen Funktionsabschnitt 2 und Lagerungsabschnitt 3 scharfkantig ausgebildet werden, ist bei entsprechender genauer Längendimensionierung der Schaltklappe 6' deren Längsposition bereits ausreichend dadurch festgelegt.
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Die gleiche Befestigungsmöglichkeit besteht natürlich auch bei einem durchgestellten Funktionsabschnitt 2 gemäß 5b, was lediglich bei der Dimensionierung und Gestaltung der vorgefertigten Schaltklappe 6' berücksichtigt werden muss.
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6b zeigt dagegen eine Schaltklappe 6'', die auf einem Funktionsabschnitt z. B. gemäß 5a lediglich formschlüssig verrastet ist:
In diesem Fall ist die Schaltklappe 6'' zwar ebenfalls im Querschnitt hutförmig gestaltet, jedoch ist die Vertiefung in der Hutmitte nunmehr hinterschnitten und so dimensioniert, dass sie die Flanken des flachen Funktionsabschnittes 2 umgreifen kann. Voraussetzung ist natürlich, dass die Schaltklappe 6'' aus einem ausreichend elastischen Material besteht, um beim Aufschieben auf den Funktionsabschnitt 2 in Querrichtung die dafür notwendige Dehnung vollziehen zu können, was jedoch speziell bei Schaltklappen 6'' aus Stahl ohne Probleme möglich sein sollte.
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Der Vorteil gerade für das Verrasten von Schaltklappen oder anderen Anbauteilen aus Stahl besteht darin, dass zum Befestigen kein Schweißvorgang erforderlich ist, und damit kein Verzug der Welle 1 zu befürchten steht.
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Selbstverständlich kann die Gestaltung der gegeneinander wirkenden Rastelemente auch anders aussehen als im dargestellten Fall. Dementsprechend kann eine verrastende Befestigung natürlich auch an der Variante eines durchgestellten Funktionsabschnittes 2 gemäß 5b realisiert werden.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Schaltwelle
- 1a, b
- Teil-Welle
- 2
- Funktionsabschnitt
- 3
- Lagerungsabschnitt
- 4
- Antriebsabschnitt
- 5
- Antrieb
- 6
- Schaltklappe
- 7
- Lagerbock
- 8a
- Oberwerkzeug
- 8b
- Unterwerkzeug
- 9
- Pressstempel
- 10
- Langsrichtung
- 11a, b
- Querrichtung
- 12, 12'
- Querschnitt
- 13
- Distanzplatte
- 14
- Nut
- 15
- Umfangsrichtung
- 16
- Längsrichtung
- 17
- Pressstelle
- 18
- Verstärkungsrippe
- 19
- Positionierzapfen
- 20
- Schweißnaht
