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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Anordnung eines Funktionselementes an einem rohrförmigen Bauteil, insbesondere an einem Trägerrohr einer gebauten Nockenwelle, sowie eine gebaute Nockenwelle selbst.
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Um Wellen mit Funktionselementen zu versehen, ist es bekannt einen stab- oder rohrförmigen Träger einerseits und die Funktionselemente andererseits getrennt zu fertigen und durch einen Presssitz zu verbinden. Ein hierzu geeignetes Verfahren ist das Fügen durch Innenhochdruckumformung (IHU), wobei Funktionselemente mit ihrer Nabe zunächst über ein Trägerrohr geschoben werden, bevor durch die Beaufschlagung mit einem Innenhochdruck das Trägerrohr unter plastischer und elastischer Verformung derart aufgeweitet wird, dass die Mantelfläche des Trägerrohrs an der Innenfläche der Nabe des Funktionselementes anliegt. Entsprechend wird auch die Nabe aufgeweitet. Die Aufweitung erfolgt üblicherweise elastisch, wobei grundsätzlich aber auch ein plastischer Anteil vorhanden sein kann. Nach Wegfall des Innenhochdrucks federn das Trägerrohr und die Nabe um den jeweils elastischen Anteil der Aufweitung zurück, wobei die Materialkombination der beiden Fügepartner so gewählt ist, dass das Funktionselement stärker zurückfedert als das Trägerrohr und damit durch die verbleibenden elastischen Rückstellkräfte in einem Presssitz auf dem Trägerrohr befestigt und axial angeordnet wird. Eine durch Innenhochdruck gebildete gebaute Nockenwelle ist in der
DE 37 38 809 C2 beschrieben.
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Eine Hohlwelle mit darauf durch elastische Verformung befestigten Antriebselementen ist in
EP 0 292 794 beschrieben. Des Weiteren ist aus
EP 0 265 663 ein Wellenrohr mit drehfest und winklig genau aufgeschobenen Elementen bekannt.
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Neben Nocken können an einem rohrförmigen Bauteil, insbesondere dem Trägerrohr einer Nockenwelle, auch andere Funktionselemente wie Zahnräder, Sensorringe oder dergleichen in einem Presssitz befestigt werden. Es ist auch bekannt, einen Lagerring in einem Presssitz auf dem Trägerrohr anzuordnen, wobei dieser Lagerring dann mit aufnahmeseitigen Lagerschalen zusammenwirkt, um ein Gleitlager zu bilden. Um eine zuverlässige, präzise Lagerung zu gewährleisten, müssen die Abmessungen des Lagerrings und der aufnahmeseitigen Lagerschalen exakt aufeinander abgestimmt sein.
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Vor diesem Hintergrund liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde ein Verfahren zur Anordnung eines Funktionselementes an einem rohrförmigen Bauteil flexibler zu gestalten und insbesondere die Herstellung von Gegenständen mit einer Vielzahl unterschiedlicher Funktionselemente zu erleichtern. Des Weiteren soll eine gebaute Nockenwelle angegeben werden, die auf besonders einfache Weise gefertigt werden kann.
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Gegenstand der Erfindung und Lösung der Aufgabe ist ein Verfahren zur Anordnung eines Funktionselementes an einem rohrförmigen Bauteil, insbesondere an einem Trägerrohr einer gebauten Nockenwelle, wobei das Bauteil in eine Öffnung des Funktionselementes eingesetzt wird, wobei das Bauteil nachfolgend zumindest im Bereich des Funktionselementes durch Beaufschlagung mit einem Innenhochdruck unter plastischer und elastischer Verformung derart aufgeweitet wird, dass die Mantelfläche des rohrförmigen Bauteils an der Innenfläche der Öffnung des Funktionselementes anliegt, und wobei für das Bauteil und das Funktionselement entweder unterschiedliche Materialien und Verformungsgrade oder gleiche Materialien und unterschiedliche Verformungsgrade derart ausgewählt werden, dass das Bauteil nach Wegfall des Innenhochdrucks stärker elastisch zurückfedert als das Funktionselement und entsprechend ein Spalt gebildet wird, wodurch die Anordnung des Funktionselementes mit einem von der Kombination der unterschiedlichen Materialien abhängigen Spiel erfolgt.
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Unter Verformungsgrad wird das Maß der im Rahmen der Erfindung geometrischen Formänderung unter Beaufschlagung mit dem Innenhochdruck verstanden, wobei sowohl die elastische als auch die plastische Verformung in Summe zu berücksichtigen sind. Der Verformungsgrad ist damit von dem in der Praxis gebräuchlichen Begriff des Umformgrades zu unterscheiden, der bei dem gefertigten Bauteil, also nach Wegfall des Innenhochdrucks und einer elastischen Rückstellung nur die bleibende Verformung berücksichtigt.
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Während gemäß dem Stand der Technik bei der Herstellung von Nockenwellen Innenhochdruckverfahren stets dazu eingesetzt werden Funktionselemente drehfest in einem Presssitz zu fixieren, lehrt die vorliegende Erfindung, dass durch die Beaufschlagung mit Innenhochdruck und durch eine geeignete Auswahl der Materialien der Fügepartner sowie den Abständen zwischen den Fügepartnern und zwischen der Werkzeuggravur und den Fügepartnern auch ein Spiel zwischen den Fügepartnern genau eingestellt werden kann, so dass das Funktionselement gegenüber dem rohrförmigen Bauteil nach der Innenhochdruckumformung ein gewünschtes Spiel oder definiertes Spaltenmaß aufweist. Insbesondere ist das Funktionselement nach dem Innenhochdruckumformen gegenüber dem rohrförmigen Bauteil drehbar, wenn die Öffnung des Funktionselementes gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung einen kreisförmigen Querschnitt aufweist. Das Funktionselement kann in diesem Fall z. B. als Gleitlagerhülse ausgebildet sein, in der das Trägerrohr drehbar gelagert ist.
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Im Rahmen der Erfindung ergibt sich auch der Vorteil, dass der Außendurchmesser des rohrförmigen Bauteils sowie der Innendurchmesser der Öffnung des Funktionselementes vor der Beaufschlagung mit Innenhochdruck für das durch den Umformprozess erzeugte Spaltmaß von untergeordneter Bedeutung sind. Bei der Beaufschlagung mit Innenhochdruck wird nämlich das rohrförmige Bauteil auch plastisch verformt, so dass ausgehend von der maximalen Druckbeaufschlagung und Ausdehnung lediglich die elastische Rückstellung des Funktionselementes einerseits und des rohrförmigen Bauteils andererseits für das Spaltmaß bestimmend sind. Insbesondere kann bei einer bekannten Geometrie die elastische Rückstellung des rohrförmigen Bauteils und des Funktionselementes für unterschiedliche Materialien numerisch genau berechnet werden. Insbesondere können unterschiedliche Materialien anhand der numerischen Berechnung ausgewählt werden, um ein für die Funktion des Funktionselementes geeignetes Spaltmaß einzustellen. Es ist damit unter Berücksichtigung der werkstofflichen Merkmale eine hochpräzise Fertigung möglich, ohne dass das rohrförmige Bauteil und das Funktionselement vor dem Innenhochdruckumformen exakte Abmessungen aufweisen müssen.
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Das beschriebene Verfahren ist insbesondere dazu geeignet durch die Anordnung des Funktionselementes an dem Bauteil ein Lager zu bilden, wobei das Spaltmaß des Lagers exakt eingestellt werden kann. Dabei ist zu berücksichtigen, dass für definierte Werkstoffe die mechanischen Eigenschaften wie die Elastizitätsgrenze und der Elastizitätsmodul genau bekannt bzw. bestimmbar sind. Insbesondere ist es in vielen Fällen aus produktionstechnischer Sicht einfacher enge Materialvorgaben als enge Fertigungstoleranzen einzuhalten.
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Wenn durch die Anordnung des Funktionselementes ein Lager gebildet wird, stellt das Funktionselement den äußeren Lagerring dar, der mit der darunter angeordneten Mantelfläche des rohrförmigen Bauteils zusammenwirkt. Zusätzlich zu der Möglichkeit den Lagerspalt genau einzustellen, wird auch die Bildung des Lagers gegenüber dem Stand der Technik insgesamt erheblich vereinfacht.
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Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist vorgesehen, dass vor dem Einsetzen des Bauteils in die Öffnung des Funktionselementes die Innenfläche der Öffnung und/oder die Mantelfläche des Bauteils in dem Bereich, in welchem das Funktionselement angeordnet wird, einer Oberflächenbehandlung unterzogen wird. Im Rahmen dieser Oberflächenbehandlung kann beispielsweise ein Finishing erfolgen, bei dem die Oberfläche abgetragen und geglättet wird. Das Finishing oder Superfinishing kann beispielsweise ein Feinschleifen, Polieren oder Honen umfassen. Zusätzlich oder alternativ zu einer Finishing-Behandlung kann auch ein Härten der Oberfläche mittels bekannter Verfahren erfolgen.
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Davon abhängig, in welcher Weise das Funktionselement mit dem rohrförmigen Bauteil zusammenwirken soll, kann die Innenfläche der Öffnung und/oder die Mantelfläche des Bauteils im Bereich des Funktionselementes auch mit einer gleichmäßigen oder ungleichmäßigen Oberflächenstrukturierung versehen werden. Bevorzugt erfolgt eine Oberflächenbehandlung im Wesentlichen nur dort, wo das eine Funktionselement angeordnet werden soll.
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Zusätzlich oder alternativ zu einer Oberflächenbehandlung ist auch eine Oberflächenbeschichtung der Innenfläche der Öffnung und/oder der Mantelfläche des Bauteils möglich. Um die Reibung zu reduzieren sind beispielsweise Beschichtungen aus Kunststoff insbesondere Fluorpolymeren, oder aus amorphem Kohlenstoff in Betracht zu ziehen.
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Sofern eine Oberflächenbehandlung oder -beschichtung erfolgt, ergibt sich der Vorteil, dass diese vor dem Innenhochdruckumformen erfolgen kann, wobei dann die zur Ausbildung eines Lagers oder dergleichen vorgesehenen Geometrien in einem einzigen Schritt durch Innenhochdruckumformen gebildet werden. Sofern das Funktionselement nach dem Innenhochdruckumformen noch axial verschiebbar ist, wenn also der Durchmesser des rohrförmigen Bauteils im Bereich des Funktionselementes größer ist als der Durchmesser in den angrenzenden Bereichen ist auch noch eine nachträgliche Bearbeitung bzw. Überarbeitung der Mantelfläche des rohrförmigen Bauteils möglich.
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Das erfindungsgemäße Verfahren erlaubt durch eine geeignete Materialkombination der Fügepartner die Anordnung von Funktionselementen an einem rohrförmigen Bauteil mit einem vorgegebenen Spiel durch Innenhochdruckumformung. Gemäß einer besonders bevorzugten Weiterbildung der Erfindung werden in einem separaten Verfahrensschritt oder bevorzugt in dem gleichen Verfahrenschritt, bei dem die Anordnung der Funktionselemente mit einem Spiel erfolgt, zusätzliche Funktionselemente zugeführt, welche durch die Beaufschlagung des Bauteils mit Innenhochdruck in einem Presssitz an diesem befestigt werden. Bei diesen zusätzlichen Funktionselementen kann es sich beispielsweise um übliche Nocken handeln, die in herkömmlicher Weise mittels Presssitz befestigt werden. Um dies zu ermöglichen, müssen die zusätzlichen Funktionselemente gemäß den aus dem Stand der Technik bekannten Verfahren stärker elastisch zurückfedern als das rohrförmige Bauteil, so dass nach dem Wegfall des Innenhochdrucks eine auf das rohrförmige Bauteil wirkende Restspannung des zusätzlichen Funktionselementes verbleibt, welches dadurch in einem Presssitz befestigt wird.
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Die Umformung kann im Rahmen der Erfindung durch den Einsatz einer Sonde erfolgen, welche in das rohrförmige Bauteil eingeführt wird und lediglich an einem begrenzten Längenabschnitt einer Aufweitung durch Innenhochdruck bewirkt. Insbesondere wenn mehrere Funktionselemente in einem Arbeitsgang mit Spiel und/oder in einem Presssitz an dem rohrförmigen Bauteil angeordnet werden sollen, werden das Bauteil und die Funktionselemente in eine Werkzeuggravur eingelegt und dann in einem Arbeitsschritt in der Werkzeuggravur mit einem Innenhochdruck beaufschlagt, welche die Expansion der Teile begrenzt. Bei Verwendung einer Werkzeuggravur kann aufgrund der im Wesentlichen vollständigen Abstützung auch das rohrförmige Bauteil zwischen den Funktionselementen nach freien Vorgaben umgeformt werden. Grundsätzlich ist es auch denkbar aus dem rohrförmigen Bauteil selbst durch Innenhochdruckumformung außerhalb der separaten Funktionselemente funktionelle Ausformungen zu bilden. Durch das Einlegen in eine Werkzeuggravur kann insbesondere auch erreicht werden, dass in Längsrichtung gesehen vor und hinter dem mit einem Spiel angeordneten Funktionselement eine Durchmessererweiterung des rohrförmigen Bauteils vorliegt, wodurch das Funktionselement zwar beweglich, insbesondere drehbar, aber in axialer Richtung gesehen unverlierbar an dem rohrförmigen Bauteil angeordnet ist.
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Um nach dem erfindungsgemäßen Verfahren das Funktionselement auf dem rohrförmigen Bauteil anzuordnen, kann das rohrförmige Bauteil beispielsweise aus dem handelsüblichen Stahl E235 bestehen, während für das Funktionselement eine Aluminiumlegierung vorgesehen wird.
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Gegenstand der Erfindung ist auch eine gebaute Nockenwelle mit einem Trägerrohr, die durch das zuvor beschriebene Verfahren gebildet ist. Auf dem Trägerrohr sind an durch Innenhochdruck aufgeweiteten Abschnitten Funktionselemente angeordnet, wobei zumindest eins der Funktionselemente eine geringere Elastizitätsgrenze als das Trägerrohr aufweist und mit einem radialen Spiel drehbar auf dem Trägerrohr angeordnet ist.
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Das zumindest eine Funktionselement, welches eine geringere Elastizitätsgrenze als das Trägerrohr aufweist, bildet gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der gebauten Nockenwelle mit der zugeordneten Mantelfläche des Trägerrohrs ein Lager, insbesondere ein Gleitlager. Wie zuvor beschrieben kann an der das Trägerrohr umgebenden Innenfläche des Funktionselementes und/oder der zugeordneten Mantelfläche des Trägerrohrs eine Strukturierung oder eine Behandlung durch einen Finishing-Prozess sowie zusätzlich oder alternativ auch eine Oberflächenbeschichtung vorgesehen sein. Das Funktionselement kann auch eine radiale Bohrung aufweisen, die beispielsweise als Fluidkanal zur Schmierung des Lagers mit einem Fluid vorgesehen sein kann. Abhängig von der konkreten Ausgestaltung des Lagers kann das als Öl oder Gas zugeführte Fluid auch eine fluiddynamische Abstützung bewirken, bei der eine Drehung des Trägerrohrs gegenüber dem mit einem Spiel daran angeordneten Funktionselement eine Erhöhung der Lagersteifigkeit bewirkt. Bei der Zuführung von Öl wird ein hydrodynamisches Gleitlager verwirklicht, bei dem zwischen dem Funktionselement und dem Trägerrohr ein tragender Ölfilm vorhanden ist. Um eine erhöhte Tragkraft des hydrodynamischen Lagers zu erreichen, können das Trägerrohr und das Funktionselement leicht exzentrisch zueinander angeordnet werden, so dass sich um den Umfang ein Spalt mit sich ändernder Spaltbreite ergibt. Der die Tragkraft bestimmende höchste Öldruck resultiert dann im Bereich des Spaltminimums.
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Insbesondere wenn die gebaute Nockenwelle in einer Werkzeuggravur gefertigt wird, kann der Durchmesser des Trägerrohrs im Bereich des zumindest einen Funktionselementes, welches eine geringere Elastizitätsgrenze als das Trägerrohr aufweist, größer oder kleiner als der Durchmesser in den in Längsrichtung anschließenden Bereichen sein. Wenn sich ausgehend von dem zumindest einen Funktionselement der Durchmesser erweitert, ist dieses Funktionselement unverlierbar an dem Trägerrohr angeordnet. Wenn der Durchmesser sich dagegen verringert, ist das Funktionselement zumindest in einem gewissen Maße noch verschiebbar, so dass dann noch eine Nachbehandlung der Mantelfläche des Trägerrohrs im Bereich des Funktionselementes möglich ist.
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Die Erfindung wird im Folgenden anhand einer lediglich ein Ausführungsbeispiel darstellenden Zeichnung erläutert:
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1a bis 1c die Verfahrensschritte zur drehbaren Anordnung eines Funktionselementes an einem rohrförmigen Bauteil,
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2a bis 2c eine alternative Ausgestaltung des Verfahrens, bei der ein erstes Funktionselement drehbar mit einem Spiel und ein zweites Funktionselement in einem Presssitz auf dem rohrförmigen Bauteil angeordnet werden,
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3 die unverlierbare Anordnung eines Funktionselementes an einem rohrförmigen Bauteil,
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4 die Anordnung eines gemeinsamen Funktionselementes an zwei rohrförmigen Bauteilen,
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5a ein Spannungs-Dehnungs-Diagramm für die drehbare Anordnung eines Funktionselementes an einem rohrförmigen Bauteil,
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5b ein Spannungs-Dehnungs-Diagramm zur Erzeugung eines Presssitzes.
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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren, bei dem Funktionselemente 1a, 1b mittels Innenhochdruck p an einem rohrförmigen Bauteil, insbesondere einem Trägerrohr 2 einer gebauten Nockenwelle befestigt werden.
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In dem erfindungsgemäßen Verfahren wird gemäß den 1a bis 1c zumindest ein Funktionselement 1a mit einem radialen Spalt S auf dem Trägerrohr angeordnet, wobei das Spaltmaß durch die Geometrie und die Materialkombination von Funktionselement 1a einerseits und Trägerrohr 2 andererseits bestimmt ist.
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Gemäß der 1 wird das Trägerrohr 2 als rohrförmiges Bauteil in eine Öffnung 3 in Form einer Nabe des Funktionselementes 1a eingesetzt. Das Trägerrohr 2 kann beispielsweise aus dem Stahl E235 bestehen, während das in den 1a bis 1c dargestellte Funktionselement 1a aus einer Aluminiumlegierung gebildet ist. Sowohl die Mantelfläche des Trägerrohrs 2 als auch die Innenfläche der Öffnung 3 können eine nicht dargestellte Oberflächenbehandlung und/oder Oberflächenbeschichtung aufweisen.
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Gemäß der 1b erfolgt wie bei einem herkömmlichen Innenhochdruckumformprozess eine Aufweitung des Trägerrohrs 2 durch Innenhochdruck p, wodurch Abschnitte dieses Trägerrohrs 2 an die Kontur einer Werkzeuggravur 4 gepresst werden. Der zur Innenhochdruckumformung vorgesehene Druck beträgt beispielsweise zwischen 2500 und 5000 bar. Das Trägerrohr 2 wird unter plastischer und elastischer Verformung derart aufgeweitet, dass die Mantelfläche des Trägerrohrs 2 an der Innenfläche der Öffnung 3 des Funktionselementes 1a anliegt. Auch das Funktionselement 1a wird bis an die Innenkontur der Werkzeuggravur 4 gedehnt, wobei diese Verformung des Funktionselementes 1a rein elastisch und möglichst gering sein sollte.
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Nach Wegfall des Innenhochdrucks p federn sowohl das Funktionselement 1a als auch das Trägerrohr 2 um den Anteil der jeweiligen elastischen Verformung zurück. Aufgrund der erfindungsgemäß gewählten Materialkombination federt das Trägerrohr 2 gemäß der 1c stärker zurück als das Funktionselement 1a, so dass zwischen dem Funktionselement 1a und dem Trägerrohr 2 der Spalt S gebildet wird, der von der jeweiligen Materialkombination abhängt.
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Da das Trägerrohr 2 auch unter einem Anteil plastischer Verformung bis an die Innenfläche der Öffnung 3 geweitet wird, sind für das Spaltmaß x des Spaltes S Maßabweichungen des Trägerrohrs 2 vor der Beaufschlagung mit einem Innenhochdruck p unerheblich. Da durch die Auswahl einer geeigneten Materialkombination das Maß des Spaltes S sehr genau eingestellt werden kann und insbesondere geringe Spaltmaße x mit einer sehr guten Reproduzierbarkeit gebildet werden können, kann das in den 1a bis 1c dargestellte Funktionselement 1a zusammen mit dem zugeordneten aufgeweiteten Abschnitt des Trägerrohrs 2 ein hochpräzises Wellenlager bilden. Zweckmäßigerweise sind dann die Mantelfläche des Trägerrohrs 2 im Bereich des Funktionselementes 1a und/oder die Öffnung 3 des Funktionselementes 1a durch eine Finish-Behandlung geglättet und von Unrundheiten befreit und/oder mit einer Oberflächenbeschichtung zur Erhöhung der Verschleißfestigkeit bzw. zur Reduzierung der Reibung versehen. Auch eine Oberflächenhärtung kommt in Betracht.
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Die 2a bis 2c zeigen eine Weiterbildung des Verfahrens, bei dem ausgehend von einer Anordnung gemäß den 1a bis 1c ein zusätzliches Funktionselement 1b aus einem Material vorgesehen ist, welches eine höhere Elastizitätsgrenze als das Trägerrohr 2 aufweist und zudem einen größeren Dehnspalt im Werkzeug hat. Dieses zusätzliche Funktionselement 1b, beispielsweise ein Nocken, wird dann durch die Beaufschlagung mit Innenhochdruck p in einem Presssitz auf dem Trägerrohr 2 befestigt. Durch das erfindungsgemäße Verfahren kann damit in einem einzigen Verfahrensschritt eine gebaute Nockenwelle mit einer Vielzahl von Funktionselementen 1a, 1b versehen werden, wobei zumindest ein Funktionselement 1a oder ein Teil der Funktionselemente nach dem Umformprozess mit einem definierten Spaltmaß drehbar angeordnet ist, um beispielsweise axial voneinander beabstandete Lager oder Hülsen zu bilden. Ein zweiter Teil der Funktionselemente 1b, beispielsweise eine Vielzahl von Nocken, ein Sensorring und/oder ein Zahnrad wird dagegen in einem Presssitz auf dem Trägerrohr 2 fixiert.
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Während gemäß den 1a bis 1c und 2a bis 2c aufgrund der Werkzeuggravur 4 der Durchmesser des Trägerrohrs 2 vor und hinter den Funktionselementen 1a, 1b abnimmt, zeigt die 3 eine Ausgestaltung, bei der ein mit einem Spalt S wie zuvor beschrieben angeordnetes Funktionselement 1a dadurch unverlierbar an dem Trägerrohr 2 befestigt ist, dass sich der Durchmesser des Trägerrohrs 2 in Längsrichtung gesehen vor und hinter dem Funktionselement 1a vergrößert ist.
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Wenn das mit einem Spalt S angeordnete Funktionselement 1a zusammen mit dem Trägerrohr 2 ein Lager bildet, kann auch in dem Funktionselement 1a ein Kanal, beispielsweise in Form einer radialen Bohrung 5 vorgesehen sein, durch welchen Öl oder ein anderes zur Schmierung vorgesehen Fluid geleitet werden kann.
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4 zeigt eine Ausgestaltung bei der zwei parallel nebeneinander liegende Trägerrohre 2 mit einem gemeinsamen Funktionselement 1a in Form eines Gleitlagerbocks verbunden sind.
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Das erfindungsgemäße Verfahren wird in der 5a an Hand eines Spannungs-Dehnungs-Diagramms dargestellt, wobei die Dehnungseigenschaften für den Rohrwerkstoff R und den Nabenwerkstoff N eingezeichnet sind. In dem Spannungs-Dehnungs-Diagramm ist die Spannung in Newton pro Quadratmillimeter (N/mm2) über der Dehnung ε aufgetragen. Ein horizontaler Versatz x0 zwischen den beiden Kurven entspricht dem Fügespalt zwischen dem Trägerrohr 2 mit dem Rohrwerkstoff R und dem Funktionselement 1a mit dem Nabenwerkstoff N.
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Bei der Aufweitung mittels Innenhochdruck wird zunächst der Rohrwerkstoff R soweit gedehnt, bis der Fügespalt x0 überwunden ist und dann das Trägerrohr 2 mit dem Funktionselement 1a in Berührung kommt. Erst dann beginnt sich der Nabenwerkstoff N des Funktionselementes 1a auch zu dehnen. Den Verläufen der Spannungs- und Dehnungseigenschaften für den Rohrwerkstoff R und den Nabenwerkstoff N ist zu entnehmen, dass sich beide Materialien zunächst elastisch dehnen, d. h. die in dem Material erzeugte Spannung steigt linear mit der Dehnung an. Entsprechend ist angedeutet, dass sich der Elastizitätsmodul εR des Rohrwerkstoffes R in dem linearen Bereich aus dem Quotienten der Rohrspannung ΔσR und ΔεR ergibt. Entsprechend ergibt sich der Elastizitätsmodul EN des Nabenwerkstoffes N aus dem Quotienten von ΔσN und ΔεN. In dem elastischen Bereich ist die Dehnung reversibel, d. h. das Material kann sich bei Wegnahme des Innenhochdruckes elastisch zurückverformen.
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An den linearen, elastischen Bereich schließt sich ein abgeflachter Verlauf des Spannungs-Dehnungsverhaltens an, der einem plastischen Anteil der Verformung entspricht. Bei der Gesamtverformung ist aber weiterhin der elastische Anteil zu berücksichtigen, um den sich das umgeformte Material bei Wegnahme der eingebrachten Dehnung zurückverformt.
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Gemäß der 5a wird der Rohrwerkstoff R zunächst elastisch und dann noch vor Erreichen des Innendurchmessers des Funktionselementes 1a plastisch verformt. Nach Überbrückung des Fügespaltes x0 liegt dann das aufgeweitete Trägerrohr 2 innen an der Öffnung 3 des Funktionselementes 1a an. Bei einer weiteren Druckbeaufschlagung werden dann das Trägerrohr 2 und das Funktionselement 1a gemeinsam aufgeweitet. Die weitere Aufweitung wird dabei durch den Abstand xNW zwischen der Außenfläche des Funktionselementes 1a und der Werkzeuggravur 4 bestimmt. Wenn das Funktionselement 1a bis an die Innenfläche der Werkzeuggravur 4 gedehnt ist, ist eine weitere Verformung nicht mehr möglich.
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In dem in 5a dargestellten Spannungs-Dehnungsdiagramm-Diagramm ist der Abstand xNW zwischen dem Funktionselement 1a und der Innenfläche der Werkzeuggravur 4 so klein gewählt, dass der Nabenwerkstoff N nur geringfügig in seinem elastischen Bereich gedehnt wird.
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Die bei dem Trägerrohr 2 zunächst elastische und dann plastische und bei dem Funktionselement 1a ausschließlich elastische Dehnung und nachfolgende Zurückfederung ist in der 5a durch Pfeile angedeutet. Bei der Wegnahme des Innenhochdruckes federn sowohl das Trägerrohr 2 als auch das Funktionselement 1a um den elastischen Anteil zurück, wobei durch die Auswahl des Rohrwerkstoffes R und des Nabenwerkstoffes N einerseits und die Auswahl des Fügespaltes x0 sowie des Abstandes xNW andererseits erreicht wird, dass der Rohrwerkstoff R stärker zurückfedert als der Nabenwerkstoff N. Damit ergibt sich zwischen dem Trägerrohr 2 und dem Funktionselement 1a einen Spalt S mit dem Spaltmaß x. Dieses Spaltmaß x kann anhand des Spannungs-Dehnungs-Diagrammes genau bestimmt und gemäß den jeweiligen Erfordernissen durch eine Änderung des Materials bzw. der Abstände und Spalte definiert eingestellt werden.
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5b zeigt im Vergleich ein Spannungs-Dehnungs-Diagramm, bei dem ausgehend von dem gleichen Rohrwerkstoff R und dem gleichen Nabenwerkstoff N ein Presssitz erzeugt wird. Dies ist darauf zurückzuführen, dass der Abstand x'NW zwischen dem Funktionselement 1b und der Werkzeuggravur 4 größer ist, wodurch der Rohrwerkstoff R in einem stärkeren Maße plastisch und der Nabenwerkstoff N in einem stärkeren Maße elastisch verformt werden. Bei einer Wegnahme des Innenhochdruckes federn sowohl der Rohrwerkstoff R als auch der Nabenwerkstoff N um den elastischen Anteil zurück, wobei jedoch aufgrund der unterschiedlichen Elastizitätsmodule EN und ER der Nabenwerkstoff N stärker zurückfedert als der Rohrwerkstoff R. Da das Zurückfedern des Nabenwerkstoffes N aber durch das plastisch verformte Trägerrohr 2 begrenzt ist, erfolgt eine Fixierung im Presssitz.
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Einer vergleichenden Betrachtung der 5a und 5b ist zu entnehmen, dass durch Einstellung des Fügespaltes x0 und der weiteren Abstände ein nach der Umformung verbleibender Spalt S zwischen dem Trägerrohr 2 und dem Funktionselement 1a erzeugt werden kann, auch wenn der Elastizitätsmodul EN des Nabenwerkstoffes N kleiner ist als der Elastizitätsmodul ER des Rohrwerkstoffes R. Beispielsweise können durch Änderung des Abstandes xNW zwischen den Funktionselementen 1a, 1b und der Werkzeuggravur 4 auch in einem Arbeitsschritt einige Funktionsmerkmale 1a beweglich und die übrigen Funktionselemente 1b im Presssitz angeordnet werden.
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Zur Einstellung des Spaltmaßes x nach der Umformung kann entsprechend auch die Werkstoffkombination variiert werden, wobei sich dann unterschiedliche Streck- bzw. Elastizitätsgrenzen und Elastizitätsmodule ergeben. Insbesondere kann auch vorgesehen sein, dass der Elastizitätsmodul EN des Nabenwerkstoffes N größer ist als der Elastizitätsmodul ER des Rohrwerkstoffes R.
