DE102014209869B3

DE102014209869B3 - Verfahren zur Herstellung einer Welle

Info

Publication number: DE102014209869B3
Application number: DE102014209869.6A
Authority: DE
Inventors: Hans-Jürgen Britzger
Original assignee: Hirschvogel Umformtechnik GmbH
Current assignee: Hirschvogel Umformtechnik GmbH
Priority date: 2014-05-23
Filing date: 2014-05-23
Publication date: 2015-07-23
Anticipated expiration: 2034-05-24
Also published as: US20150336163A1; CN105081687A; US9884361B2; CN105081687B

Abstract

Verfahren zur Herstellung einer Welle 10, insbesondere einer Ausgleichsweille, Kurbelwelle und dergleichen, mit zumindest einem im Wesentlichen ringförmigen Lagersitz 15, 31 und zumindest einem Unwuchtabschnitt 20, 21, umfassend zumindest die folgenden Schritte: Bereitstellen eines Wellenrohlings; Ausbilden des zumindest einen Unwuchtabschnitts 20, 21 und von zumindest zwei gegenüberliegenden Lagersitzschenkeln 17, 18 mittels eines Umformverfahrens; und Verformen der zumindest zwei gegenüberliegenden Lagersitzschenkel 17, 18 mittels eines Schalenwerkzeugs 40, 41 derart, dass die Lagersitzschenkel 17, 18 aufeinander zu gebogen werden, und dadurch der zumindest eine im Wesentlichen ringförmige Lagersitz 15, 31 ausgebildet wird.

Description

1. Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Welle mit zumindest einem im Wesentlichen ringförmigen Lagersitz und zumindest einem Unwuchtabschnitt. Weiterhin betrifft die vorliegende Erfindung eine derartige Welle mit zumindest einem im Wesentlichen ringförmigen Lagersitz und zumindest einem Unwuchtabschnitt.
2. Hintergrund
Im Stand der Technik ist eine Vielzahl von Wellen bekannt, die verschiedene Unwuchtabschnitte und Lagersitze aufweisen. Insbesondere im Automobilbereich werden derartige Wellen als sogenannte Ausgleichswellen in Brennkraftmaschinen zur teilweisen oder vollständigen Kompensation der freien Massenkräfte eingesetzt. Dabei ist bekannt, die Welle an der Außenfläche des Lagersitzes und an den sich gegenüberliegenden Enden der Welle mit einem Lager (insbesondere einem Wälz- oder Nadellager) zu versehen. Die Wellen werden dabei derart in Rotation versetzt, dass durch die Unwucht zumindest eine teileweise Kompensation der freien Massenkräfte erfolgt. Derartige Lagersitze sind üblicherweise als massive scheiben- oder tonnenförmige Bauteile an der Welle vorgesehen, an dessen Außenfläche ein Lager angeordnet wird. Dabei führen die relativ zu dem Lagersitz feststehenden Unwuchtabschnitte dazu, dass die Hauptlast an der den Unwuchtabschnitten zugewandten Seite des Lagersitzes anfällt. Demgegenüber sind die Lasten an der den Unwuchtabschnitten gegenüberliegenden Seite des Lagersitzes vergleichsweise gering. Folglich sind massiv ausgebildete Lagersitze jedenfalls in ihren lastfreien bzw. lastarmen Bereichen mechanisch überdimensioniert. Im Ergebnis führt dies zu einem höheren Ressourcenverbrauch und insbesondere zu einem höheren Kraftstoffverbrauch einer Brennkraftmaschine mit einer solchen Welle. Im Lichte dieser Erkenntnis wurden im Stand der Technik Wellen entwickelt, die massive Lagersitze umfassen, wobei in den weniger belasteten Bereichen des Lagersitzes Material abgetragen bzw. ausgespart wurde, um das Gewicht des Lagersitzes entsprechend reduzieren zu können. Derartige Wellen sind beispielsweise in den Druckschriften DE 20 2007 018 991 U1 und DE 10 2009 035 684 A1 offenbart, wobei dort Material kreisbogenartig abgetragen wurde, so dass sich entsprechende Einkerbungen im Lagersitz ergeben. Derartige Lagersitze weisen allerdings den Nachteil auf, dass zur Anordnung des Lagers am Lagersitz grundsätzlich ein separater Lagerring an dem Lagersitz angeordnet werden muss, um eine durchgehende Anlagefläche für das Lager bereitstellen zu können.
Darüber hinaus besteht weiterhin die Bestrebung, das Gewicht der bekannten Wellen, insbesondere des Lagersitzes, weiter zu reduzieren, um dadurch einerseits Herstellungsmaterial einzusparen und andererseits den Kraftstoffverbrauch einer damit ausgestatteten Brennkraftmaschine zu reduzieren.
Ausgehend von diesem Stand der Technik stellt sich die vorliegende Erfindung die Aufgabe, ein Verfahren anzugeben, mit dem eine Welle bereitgestellt werden kann, die einen Lagersitz mit reduziertem Gewicht aufweist. Ferner soll eine entsprechende Welle bereitgestellt werden.
Diese und andere Aufgaben, die beim Lesen der folgenden Beschreibung noch genannt werden oder vom Fachmann erkannt werden können, werden im Gegenstand der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den abhängigen Ansprüchen genannt.
3. Ausführliche Beschreibung der Erfindung
Ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Herstellung einer Welle (bspw. Ausgleichswelle, Kurbelwelle und dergleichen) mit zumindest einem im Wesentlichen ringförmigen Lagersitz und zumindest einem Unwuchtabschnitt umfasst zumindest die folgenden Schritte:
Bereitstellen eines Wellenrohlings; Ausbilden des zumindest einen Unwuchtabschnitts und von zumindest zwei gegenüberliegenden Lagersitzschenkel mittels eines Umformverfahrens; Verformen der zumindest zwei gegenüberliegenden Lagersitzschenkel mittels eines Schalenwerkzeugs derart, dass die Lagersitzschenkel aufeinander zugebogen werden und dadurch der zumindest eine im Wesentlichen ringförmige Lagersitz ausgebildet wird.
Erfindungsgemäß wird der Lagersitz also derart bereitgestellt, dass zunächst zwei gegenüberliegende Lagersitzschenkel ausgebildet werden, so dass das Querschnittprofil am Lagersitz zunächst U-förmig ist. In einem weiteren Schritt werden die gegenüberliegenden Lagersitzschenkel aufeinander zugebogen, bis sich ein im Wesentlichen ringförmiger, hohler Lagersitz ergibt. Ein solcher ringförmiger, hohler Lagersitz weist, im Vergleich zu den bekannten Lagersitzen, ein wesentlich geringeres Gewicht auf. Darüber hinaus besteht die Möglichkeit, einen geschlossenen ringförmigen Lagersitz auszubilden, so dass bei dieser bevorzugten Ausführungsform auch die Notwendigkeit eines separaten Lagerrings entfällt. Ferner kann durch den ringförmigen, hohlen Lagerring (ob offen oder geschlossen) – gegenüber der bekannten Verfahren – erheblich Material und somit auch die Herstellungskosten eingespart werden, was wiederum zu einer Reduzierung des Bauteilgewichts und folglich der rotatorischen Maße führt, wodurch (bspw. bei Ausgleichswellen eines Fahrzeugs) der Kraftstoffverbrauch gesenkt werden kann.
Der Wellenrohling wird dabei vorzugsweise als runder Stangenabschnitt mit einer an die herzustellende Welle angepassten Dimensionierung bereitgestellt. Demgemäß ist es bevorzugt, dass der Stangenabschnitt unterschiedliche Durchmesser aufweist.
Vorzugsweise erfolgt vor dem Schritt des Ausbildens des zumindest einen Unwuchtabschnitts und der zumindest zwei gegenüberliegenden Lagersitzschenkel ein Vorverformen im Bereich des zumindest einen Lagersitzes und des zumindest einen Unwuchtabschnitts durch Quer- und/oder Reckwalzen. Dadurch besteht die Möglichkeit in einen oder mehreren Vorformschritten Material bereits in die Bereiche zu verschieben, an denen zur Ausbildung der Unwuchtabschnitte bzw. zur Ausbildung der Lagersitzschenkel entsprechend Material benötigt wird.
Vorzugsweise ist das Umformverfahren zur Ausbildung des zumindest einen Unwuchtabschnitts und der zumindest zwei gegenüberliegenden Lagersitzschenkel ein Senkschmiedeverfahren. Für die Fertigung von Wellen, insbesondere von Ausgleichswellen, Kurbelwellen und dergleichen, eignet sich ein Senkschmiedeverfahren ganz besonders, da damit die notwenige hohe Formgenauigkeit bei hoher Stückzahl erreicht werden kann. Nachdem mit üblichen Senkschmiedeverfahren grundsätzlich keine Hinterschneidungen gefertigt werden können, stellt das erfindungsgemäße Verfahren eine besonders vorteilhafte Möglichkeit dar, einen ringförmigen, hohlen Lagersitz unter Einsatz eines Senkschmiedeverfahrens herzustellen, da bei der Ausbildung der Lagersitzschenkel keine derartigen Hinterschneidungen vorgesehen sind.
Vorzugsweise wird der Wellenrohling vor und/oder während des Verformens und/oder während des Senkschmiedens induktiv erwärmt. Weiterhin ist es bevorzugt, dass nach dem Senkschmieden und/oder nach dem Verformen der zumindest zwei gegenüberliegenden Lagersitzschenkel überschüssiges Material (mechanisch) entfernt, vorzugsweise abgegratet wird.
Vorteilhafterweise erfolgt das Verformen, d.h. das aufeinander zu Biegen, der zumindest zwei gegenüberliegenden Lagersitzschenkel, in einem Warm-, Halbwarm- oder Kaltverformungsschritt.
Vorteilhafterweise werden die Lagersitzschenkel derart aufeinander zu gebogen, dass Stirnflächen der Lagersitzschenkel miteinander in Anlage gebracht werden und somit ein geschlossener Lagersitz ausgebildet werden kann. Vorteilhafterweise werden die miteinander in Anlage gebrachten Stirnflächen der Lagersitzschenkel anschließend verschweißt.
Durch das Verschweißen der beiden Lagersitzschenkel kann die Formstabilität des Lagersitzes, soweit für den späteren Einsatz notwendig, entsprechend erhöht werden.
Alternativ zum miteinander in Anlage Bringen der Stirnflächen der Lagersitzschenkel (und dem damit einhergehenden Ausbilden eines geschlossenen ringförmigen Lagersitzes) können die Lagersitzschenkel derart aufeinander zugebogen werden, dass ein offener Lagersitz ausgebildet wird (d.h. der ringförmige Lagersitz ist nicht geschlossen, sondern an der der/den Unwucht(en) gegenüberliegenden Seite teilweise geöffnet). Vorzugsweise ist der ringförmige Lagersitz dabei über einen Winkelbereich zwischen 5° und 45° DEG, weiter bevorzugt zwischen 10° und 30° DEG und besonders bevorzugt zwischen 15° und 20° DEG offen. Je nach Einsatz der Welle kann eine solche offene Ausgestaltung des Lagersitzes ausreichend sein, um die notwendige Formstabilität des Lagersitzes zu gewährleisten.
Vorzugsweise sind an den Lagersitzschenkeln Rastmitteln vorgesehen, die miteinander in Eingriff gebracht werden und miteinander verrastet werden. Derartige Rastmittel können beispielsweise durch korrespondierende Hervorkragungen und Hinterschneidungen, insbesondere an den Stirnflächen der Lagersitzschenkel, bereitgestellt werden. Beispielsweise könnte an einer Stirnfläche eine zapfenartige Feder vorgesehen sein, die mit einer korrespondierend ausgebildeten Nut in Eingriff gebracht werden kann. Dadurch besteht die Möglichkeit, die Formstabilität eines ringförmigen Lagersitzes, falls notwendig, weiter zu erhöhen.
Ferner kann es – insbesondere bei einer Ausführungsform mit offenem Lagersitz oder dann, wenn die zusammengeführten Stirnflächen der Lagersitzschenkel in loser Anlage sind – von Vorteil sein, wenn am Lagersitz zumindest ein Fixiermittel, vorzugsweise ein Lagerring, angeordnet wird, wobei die Fixiermittel vorzugsweise durch ein Aufschrumpfen auf den Lagersitz aufgebracht werden. Auch dies stellt eine Maßnahme dar, um die Formstabilität und Funktionalität (bspw. bei offenem Lagersitz) des ringförmigen Lagersitzes erhöhen zu können, insbesondere soweit dies von den jeweiligen Anwendungen gefordert wird.
Vorzugsweise wird nach Ausbildung des Lagersitzes der Lagersitz zumindest in Teilbereichen gehärtet, wobei insbesondere ein induktives Härteverfahren verwendet wird. Diesbezüglich ist es von Vorteil, dass zur Herstellung der Welle eine Stahllegierung verwendet wird, die einen für eine induktive Härtung notwendigen Kohlenstoffanteil enthält. Darüber hinaus sind auch andere Endbearbeitungsschritte denkbar, wie beispielsweise Schleifen und Finishen. Die Welle ist dabei vorzugsweise als integrales Bauteil ausgebildet.
Der ringförmige Lagersitz weist vorteilhafterweise eine Wanddicke zwischen 2 und 15 mm, vorzugsweise zwischen 4 und 10 mm und besonders bevorzugt zwischen 5 und 8 mm auf, wobei die Wanddicke des Lagersitzes über den Umfang variable sein kann. Der Durchmesser des Lagersitzes ist vorzugsweise zwischen 15 und 150 mm, weiter vorzugsweise zwischen 20 und 100 mm und besonders bevorzugt zwischen 25 und 40 mm.
Weiterhin betrifft die vorliegende Erfindung eine Welle, die nach einem oben beschriebenen Verfahren hergestellt wurde.
Ferner betrifft die vorliegende Erfindung eine Welle, insbesondere eine Ausgleichswelle, Kurbelwelle und dergleichen, mit zumindest einem im Wesentlichen ringförmigen Lagersitz und zumindest einem Unwuchtabschnitt. Wie oben bereits ausgeführt, ist der Lagersitz dabei vorzugsweise ein geschlossener Lagersitz, wobei die Lagersitzschenkel vorzugsweise miteinander verschweißt sind. Alternativ kann der Lagersitz als offener Lagersitz ausgebildet werden, wobei der Lagersitz vorzugsweise über einen Winkelbereich zwischen 5° und 45° DEG, weiter bevorzugt zwischen 10° und 30° DEG und besonders bevorzugt zwischen 15° und 20° DEG offen ist. Die Wanddicke des Lagersitzes ist dabei ebenfalls vorzugsweise zwischen 2 und 15 mm, weiter bevorzugt zwischen 4 und 10 mm und besonders bevorzugt zwischen 5 und 8 mm, wobei der Lagersitz über seinen Umfang vorteilhafterweise unterschiedliche Wanddicken aufweist. Ferner ist es bevorzugt, dass der Durchmesser des Lagersitzes zwischen 15 und 150 mm, weiter bevorzugt zwischen 20 und 100 mm und besonders bevorzugt zwischen 25 und 40 mm ist. Schließlich ist es bevorzugt, dass die Welle als integrales Bauteil ausgebildet ist.
4. Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform
Nachfolgend wird eine detaillierte Beschreibung der Figuren gegeben. Dabei zeigt:
1 eine schematische Ansicht einer bevorzugten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Welle;
2 eine schematische Querschnittansicht einer erfindungsgemäßen Welle im Bereich von zwei gegenüberliegenden Lagersitzschenkeln vor dem Verformen;
3 die in 2 gezeigten gegenüberliegenden Lagersitzschenkel, die mit einem Schalenwerkzeug in Eingriff stehen; und
4 einen ringförmigen, geschlossenen Lagersitz nach dem Umformen durch das Schalenwerkzeug.
1 zeigt ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Welle 10, die einen ringförmigen Lagersitz 15 und seitlich – also in axialer Richtung gesehen – davon angeordnete Unwuchtabschnitte 20, 21 aufweist.
Die erfindungsgemäße Welle 10 wird vorzugsweise als Ausgleichswelle in Brennkraftmaschine zum teilweisen oder vollständigen Ausgleich der freien Massenkräfte und/oder der Massenmomente eingesetzt. Eine radiale Lagerung der Welle 10 erfolgt dabei vorzugsweise mittels reibungsarmer Nadel- oder Wälzlagerungen (nicht gezeigt). Diese werden an einer umlaufenden Anlagefläche 16 des ringförmigen Lagersitzes 15 bzw. an entsprechenden Flächen an den sich gegenüberliegenden Enden 30, 31 der Welle 10 befindlichen Anlageflächen, angeordnet. Anstelle von Ausgleichswellen sind auch alle anderen bekannten Arten von Wellen denkbar, welche Lagersitze und Unwuchten (also eine in wenigstens einem Teilbereich der Welle nicht rotationssymmetrisch verteilte Masse; unabhängig davon, ob der Schwerpunkt der Welle auf deren Drehachse liegt, oder nicht) aufweisen, wie beispielsweise Kurbelwellen, Nockenwellen und dergleichen.
Im gezeigten Ausführungsbeispiel ist ebenso einer der Lagerenden 31 als erfindungsgemäßer Lagersitz ausgebildet. Ebenso könnte zusätzlich oder alternativ auch das andere Lagerende 30 oder weitere mittlere Lagersitze erfindungsgemäß ausgebildet sein. Auch die Anzahl, Position und Dimensionen der Lagersitze und Unwuchtabschnitte ist durch die Erfindung nicht beschränkt. Der Einfachheit halber wird sich im Folgenden für die Beschreibung der Erfindung auf den mittleren Lagersitz 15 beschränkt, wobei selbiges auch für alle anderen Lagersitze gelten kann.
Wie in 1 gut zu erkennen, ist der ringförmige Lagersitz 15 der Welle 10 als geschlossener, hohler Ring ausgebildet. Nachdem die im Betrieb auftretenden Kräfte nicht radial-symmetrisch an der Welle 10 auftreten, sondern durch die asymmetrische Gewichtsverteilung aufgrund der Unwuchtabschnitte 20, 21 korrespondierend asymmetrisch auftreten, besteht grundsätzlich auch die Möglichkeit, den Lagersitz 15 offen auszubilden und zwar auf der Seite, die den Unwuchten der Unwuchtabschnitten 20, 21 radial gegenüberliegt. Soweit also aufgrund der auftretenden Kräfte die Formstabilität der Welle 10 gewährleistet ist, kann durch einen offenen Lagersitz das Gewicht der Welle 10 noch weiter reduziert werden.
Je nach Anwendung ist die Wanddicke des ringförmigen Lagersitzes 15 zwischen 2 und 15 mm, vorzugsweise zwischen 4 und 10 mm und besonders bevorzugt zwischen 5 und 8 mm. Ferner kann die Wanddicke des Lagersitzes 15 über den Umfang gesehen unterschiedlich stark ausgebildet sein. Der Durchmesser des Lagersitzes 15 (d.h. der Außendurchmesser des ringförmigen Lagersitzes 15 bis zur Anlagefläche 16) beträgt zwischen 15 und 150 mm, vorzugsweise zwischen 20 und 100 mm und besonders bevorzugt zwischen 25 und 40 mm.
Wie in 1 weiterhin zu erkennen, kann der ringförmige Lagersitz 15 mit seitlich an der Anlagefläche 16 vorgesehenen Wulsten versehen sein, um ein seitliches Abgleiten bzw. eine schräge Anordnung der Lager an der Anlagefläche 16 auszuschließen.
Je nach Einsatzgebiet besteht darüber hinaus die Möglichkeit, am Lagersitz 15 (insbesondere an der Anlagefläche 16) Fixiermittel anzuordnen, um die Formstabilität bzw. Funktionalität (bspw. ggf. bei offenem Lagersitz 15) des Lagersitzes 15 gegebenenfalls zu erhöhen. Derartige Fixiermittel können beispielsweise durch an der Anlagefläche 16 angeordnete Lagerringe sein, die beispielsweise auf die Anlagefläche 16 aufgeschrumpft oder aufgezogen werden können.
Die in 1 gezeigte Welle 10 ist dabei als integrales Bauteil ausgebildet, das vorzugsweise aus einer Stahllegierung hergestellt wurde, die zum Einsatz in einem Senkschmiedeverfahren geeignet ist. Dabei ist es weiterhin von Vorteil, dass die eingesetzte Stahllegierung einen Kohlenstoffgehalt aufweist, der geeignet ist, um die Welle bzw. Teilbereiche davon (insbesondere den Bereich des Lagersitzes 15) durch ein induktives Härteverfahren auszuhärten.
Nachfolgend wird mit Bezug auf die 2 bis 4 eine bevorzugte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Verfahrens zur Herstellung der in 1 gezeigten Welle 10 angegeben.
In einem ersten Verfahrensschritt wird ein Wellenrohling (nicht gezeigt) als runder Stangenabschnitt bereitgestellt. Der Wellenrohling weist dabei vorzugsweise unterschiedliche Durchmesser aufweist.
Anschließend werden zumindest die Unwuchtabschnitte 20, 21 und im Bereich des Lagersitzes 15 zumindest zwei gegenüberliegende Lagersitzschenkel 17, 18 mittels eines Umformverfahrens ausgebildet. Wie in 2 zu erkennen, wird also im Bereich des späteren Lagersitzes 15 zunächst eine Art U-förmiges Querschnittprofil bereitgestellt. Dabei wird als bevorzugtes Umformverfahren zur Ausbildung der Umwuchtabschnitte 20, 21 und der in 2 gezeigten zwei gegenüberliegenden Lagersitzschenkel 17, 18 ein Senkschmiedeverfahren eingesetzt.
Vorzugsweise wird vor der Ausbildung der Unwuchtabschnitte 20, 21 und der zwei gegenüberliegenden Lagersitzschenkel 17, 18 eine Vorverformung in diesen Bereichen vorgenommen, insbesondere um die im Senkschmiedeverfahren auftretenden Kräfte zu verringern, wobei zur Vorverformung dieser Bereiche vorzugsweise ein Quer- und/oder Reckwalzverfahren eingesetzt wird. Durch dieses Verfahren wird der Wellenrohling quasi derart „geknetet“, um Material in die Bereiche der späteren Lagersitze 15 bzw. Lagersitzschenkel 17, 18 und Unwuchten 10, 21 zu verschieben.
Nach dem Schritt des Ausbildens der zwei gegenüberliegenden Lagersitzschenkel 17, 18 werden die Lagersitzschenkel 17, 18 mittels eines beispielhaft in 3 gezeigten Schalenwerkzeugs 40, 41 derart aufeinander zugebogen, dass dadurch der in 4 gezeigte ringförmige Lagersitz 15 ausgebildet wird. In der bevorzugten Ausführungsform werden die Lagersitzschenkel 17, 18 dabei durch das Schalenwerkzeug 40, 41 derart aufeinander zu gebogen, dass Stirnflächen 17', 18' (vgl. 2) der Lagersitzschenkel 17, 18 miteinander in Anlage gebracht werden und dadurch der gezeigte geschlossene ringförmige Lagersitz 15 ausgebildet wird. In der gezeigten bevorzugten Ausführungsform werden die Lagersitzschenkel 17, 18 im Bereich ihrer Stirnflächen 17', 18' miteinander verschweißt, um dadurch die Formstabilität des Lagersitzes 15 zu erhöhen. Die Verformung der zwei gegenüberliegenden Lagersitzschenkel 17, 18 kann dabei in einem Warm-, Halbwarm- oder Kaltverformungsschritt erfolgen.
Alternativ oder zusätzlich zu dem oben genannten Verschweißen der Lagersitzschenkel 17, 18 besteht die Möglichkeit, an den Lagersitzschenkeln 17, 18 (ggf. an ihren jeweiligen Stirnflächen 17', 18') Rastmittel (nicht gezeigt) vorzusehen, die beim Aufeinanderzubiegen der Lagersitzschenkel 17, 18 miteinander in Eingriff gebracht und ggf. miteinander verrastet werden können. Beispielsweise können derartige Rastmittel als Feder-Nut-Mittel bereitgestellt werden, die durch das Aufeinanderzubiegen der Lagersitzschenkel 17, 18 kraft- und/oder formschlüssig miteinander in Eingriff gebracht werden können.
Während des Verformens und/oder während des Senkschmiedens wird der Wellenrohling vorzugsweise induktiv erwärmt. Weiterhin erfolgt nach dem Senkschmieden und/oder nach dem Verformen der zumindest zwei gegenüberliegenden Lagersitzschenkel 17, 18 ein Abgratschritt, mit dem überschüssiges Material abgegratet werden kann. Ferner ist es bevorzugt, dass nach Ausbildung des Lagersitzes 15 zumindest der Lagersitz 15 bzw. Teilbereiche des Lagersitzes 15 gehärtet wird bzw. werden, wobei besonders bevorzugt ein induktives Härteverfahren eingesetzt wird. Auch andere Endbearbeitungsschritte bzw. -verfahren wie Schleifen und Finishen sind denkbar.
Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren kann somit eine Welle 10 hergestellt werden, die einen ringförmigen, hohlen Lagersitz 15 aufweist. Der ringförmige Lagersitz 15 weist dabei im Vergleich zu den bisher bekannten Lagersitzen erheblich weniger Material bzw. Gewicht auf, so dass zum einen das Gesamtgewicht der Welle 10 und zum anderen insbesondere das Gewicht des Lagersitzes 15 und damit auch das Gewicht der Unwuchtbereiche 20, 21 erheblich reduziert werden können.
Darüber hinaus kann in der bevorzugten Ausführungsform der Welle 10 mit einem geschlossenem Lagersitz 15 auf einen separaten Lagerring verzichtet werden, da bereits der Lagersitz 15 einen geschossene Anlagefläche 16 bereitstellt.
Die vorliegende Erfindung ist nicht auf das vorgehende bevorzugte Ausführungsbeispiel beschränkt, sondern umfasst alle Ausführungsformen, die vom Schutzbereich der folgenden Ansprüche umfasst ist.
Beispielsweise ist die Erfindung nicht auf die Anzahl der Lagersitze und insbesondere der davon erfindungsgemäß ausgebildeten Lagersitze beschränkt. Zudem ist es denkbar, dass unterschiedliche Ausführungsformen an Lagersitzen (bspw. offener/geschlossener Ring) an einer einzigen Welle kombiniert vorliegen können. Auch ist die Erfindung nicht auf bestimmte Dimensionen der Welle, Unwuchten, Lagersitze und Wanddicken derselben beschränkt.

Claims

Verfahren zur Herstellung einer Welle (10) mit zumindest einem im Wesentlichen ringförmigen Lagersitz (15, 31) und zumindest einem Unwuchtabschnitt (20, 21), umfassend zumindest die folgenden Schritte: – Bereitstellen eines Wellenrohlings; – Ausbilden des zumindest einen Unwuchtabschnitts (20, 21) und von zumindest zwei gegenüberliegenden Lagersitzschenkeln (17, 18) mittels eines Umformverfahrens; und – Verformen der zumindest zwei gegenüberliegenden Lagersitzschenkel (17, 18) mittels eines Schalenwerkzeugs (40, 41) derart, dass die Lagersitzschenkel (17, 18) aufeinander zu gebogen werden, und dadurch der zumindest eine im Wesentlichen ringförmige Lagersitz (15, 31) ausgebildet wird.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei vor dem Schritt des Ausbildens des zumindest einen Unwuchtabschnitts (20, 21) und der zumindest zwei gegenüberliegenden Lagersitzschenkel (17, 18) ein Vorverformen im Bereich des zumindest einen Lagersitzes (15, 31) und des zumindest einen Unwuchtabschnitts (20, 21) durch Quer- und/oder Reckwalzen erfolgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, wobei das Umformverfahren zur Ausbildung des zumindest einen Unwuchtabschnitts (20, 21) und der zumindest zwei gegenüberliegenden Lagersitzschenkel (17, 18) ein Senkschmiedeverfahren ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Wellenrohling als runder Stangenabschnitt bereitgestellt wird, der vorzugsweise unterschiedliche Durchmesser aufweist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Wellenrohling vor und/oder während des Verformens und/oder Senkschmiedens induktiv erwärmt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei nach dem Senkschmieden und/oder nach dem Verformen der zumindest zwei gegenüberliegenden Lagersitzschenkel (17, 18) überschüssiges Material abgegratet wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Verformen der zumindest zwei gegenüberliegenden Lagersitzschenkel (17, 18) in einem Warm-, Halbwarm- oder Kaltverformungsschritt erfolgt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Lagersitzschenkel (17, 18) derart aufeinander zu gebogen werden, dass Stirnflächen (17‘, 18‘) der Lagersitzschenkel (17, 18) miteinander in Anlage gebracht werden und ein geschlossener Lagersitz (15, 31) ausgebildet wird.
Verfahren nach Anspruch 6, wobei die miteinander in Anlage gebrachten Stirnflächen (17‘, 18‘) der Lagersitzschenkel (17, 18) miteinander verschweißt werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Lagersitzschenkel (17, 18) derart aufeinander zu gebogen werden, dass ein offener Lagersitz ausgebildet wird, wobei der Lagersitz vorzugsweise über einen Winkelbereich zwischen 5° und 45° DEG, weiter bevorzugt zwischen 10° und 30° DEG und besonders bevorzugt zwischen 15° und 20° DEG offen ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei an den Lagersitzschenkeln (17, 18) Rastmittel vorgesehen sind, die miteinander in Eingriff gebracht werden und miteinander verrastet werden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei am ausgebildeten Lagersitz (15, 31) zumindest ein Fixiermittel, vorzugsweise ein Lagerring, angeordnet wird, wobei die Fixiermittel vorzugsweise auf den Lagersitz (15, 31) aufgeschrumpft werden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei nach Ausbildung des Lagersitzes (15, 31), der Lagersitz (15, 31) zumindest in Teilbereichen gehärtet wird, insbesondere mittels eines induktiven Härteverfahrens und/oder mittels anderer Verfahren, wie insbesondere Schleifen und Finishen, endbearbeitet wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Lagersitz (15, 31) eine Wanddicke zwischen 2 und 15 mm, vorzugsweise zwischen 4 und 10 mm und besonders bevorzugt zwischen 5 und 8 mm aufweist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Lagersitz (15, 31) über seinen Umfang unterschiedliche Wanddicken aufweist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Durchmesser des Lagersitzes (15, 31) zwischen 15 und 150 mm, vorzugsweise zwischen 20 und 100 mm und besonders bevorzugt zwischen 25 und 40 mm beträgt.
Welle (10) hergestellt nach einem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 16.
Welle (10), insbesondere Ausgleichswelle, Kurbelwelle und dergleichen, mit zumindest einem im Wesentlichen ringförmigen Lagersitz (15, 31) und zumindest einem Unwuchtabschnitt (20, 21).
Welle (10) nach Anspruch 18, wobei der Lagersitz (15, 31) ein geschlossener Lagersitz (15, 31) ist und die Lagersitzschenkel (17, 18) vorzugsweise miteinander verschweißt sind.
Welle (10) nach Anspruch 18, wobei der Lagersitz (15, 31) ein offener Lagersitz ist und der Lagersitz vorzugsweise über einen Winkelbereich zwischen 45° und 5° DEG, weiter bevorzugt zwischen 30° und 10° DEG und besonders bevorzugt zwischen 20° und 15° DEG offen ist.
Welle (10) nach einem der Ansprüche 18 bis 20, wobei die Welle (10) als integrales Bauteil ausgebildet ist.