DE19606732C2 - Gefügte Mehrlagenwellen - Google Patents
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Description
Die Erfindung betrifft aufgebaute hohle Wellen mit außenliegenden
Funktionselementen, gefügt durch in Achsrichtung abschnittsweises radiales
Aufweiten, wobei das Innenwellenrohr in den Aufweitabschnitten plastisch
verformt und die außenliegenden Teile in den Aufweitabschnitten nur
elastisch verformt sind, sowie Verfahren zur Herstellung solcher Wellen
und von Mehrfachfunktionselementen zum Einsatz für die Herstellung von
aufgebauten hohlen Wellen.
Auf dem Gebiet von Antriebs- und Steuerwellen in
Verbrennungskraftmaschinen, insbesondere bei Nockenwellen, stellt sich
mit dem Vordringen der Mehrventiltechnik immer mehr das Problem,
Wellen mit vielen eng nebeneinanderliegenden Elementen wie Nocken und
sonstigen Funktionsteilen sowie Gleitlagern und Axialanschlägen zu bauen.
Dies bereitet mit konventioneller Technik zunehmend Schwierigkeiten.
Insbesondere bei Wellen mit größeren Durchmessern kommt das Problem
des in quadratischer Funktion ansteigenden Gewichts hinzu.
Interessante Ansätze zur Lösung dieses Komplexes gibt es insbesondere auf
dem Gebiet aufgebauter hohler Nockenwellen. Dabei lassen sich die
Probleme des Nockenabstandes bei sinkendem Gewicht lösen, jedoch
ergeben sich gleichzeitig Schwierigkeiten mit sinkender Torsionssteifigkeit.
Außerdem wird die Zahl der auf der Welle aufzubringenden und exakt zu
positionierenden Funktionselemente dabei sehr groß. Besonders bei LKW-
Wellen, insbesondere für Dieselmotoren, kommt zu diesem Problem hinzu,
daß die Wandstärke der Hohlwellen wegen der erforderlichen
Torsionssteifigkeit, auch im Hinblick auf den einlagigen Aufbau zwischen
den Funktionselementen, relativ dick gehalten werden muß, so daß sich der
Vorteil der Gewichtsreduzierung nicht in gewünschtem Maße realisieren
läßt. Besonders bei langen Wellen ist die Vorbereitungszeit vor dem Fügen,
beispielsweise durch das langsame Einfahren der Hochdrucksonden in die
Hohlwelle, sehr langwierig und reduziert die Produktivität teurer
Investitionsmittel.
In der DE 39 41 718 A1 wird ein Verfahren und eine Vorrichtung zum
lagegenauen Befestigen von Teilen auf einem Hohlkörper offenbart. Dabei
werden nähere Teile auf einem Hohlkörper lagegenau befestigt. Die Teile
werden in die vorgeschriebene Position auf dem Hohlkörper gebracht, bevor
der Befestigungsvorgang unter Aufbau eines Innendrucks im Hohlkörper
erfolgt. Dieser Innendruck wird auf einen Wert erhöht und auf diesem Wert
gehalten, bei dem eine vollständige Plastifizierung des Hohlkörpers eintritt.
Spätestens bei Erreichen der vollständigen Plastifizierung des Hohlkörpers wird
eine axiale Druckkraft auf den Hohlkörper aufgebracht, die zu einer elastischen
Aufweitung der auf dem Hohlkörper in Position gehaltenen Teile und zu einer
plastischen Aufweitung der nicht abgestützten Abschnitte des Hohlkörpers
führt, die zwischen den Teilen liegen. Dabei erfolgt die radiale Aufweitung des
Hohlkörpers und der auf dem Hohlkörper in Position gehaltenen Teile nicht
abschnittsweise, sondern über die gesamte Länge des Hohlkörpers in einem
Vorgang.
In der DE 35 25 186 A1 wird eine Verfahren und eine Vorrichtung zur
Herstellung einer Steuerwelle offenbart. Bei dem Verfahren zur Herstellung
einer aus Einzelteilen zusammengefügten Steuerwelle werden die auf einer
Hohlweile anzubringenden Steuerelemente, Lagerringe und ggf.
Antriebselemente bezüglich ihrer gegenseitigen Abstände in Fluchtungslage
ihrer Bohrungen in einer Reihe positioniert, gehalten und erwärmt, wobei die
Hohlwelle gleichzeitig gekühlt und in eine mit den Bohrungen fluchtende Lage
gebracht wird, bevor anschließend die Hohlwelle in einer unterbrechungslosen
zügigen Bewegung durch alle Bohrungen bis zur Erreichung der gewünschten
axialen Relativlage zwischen den Steuerelementen, Lagerringen und
Antriebselementen einerseits und der Hohlwelle andererseits geschoben wird.
Für die Durchführung des Verfahrens wird eine geeignete Vorrichtung
angegeben. Dabei werden getrennt hergestellte Steuerelemente durch
temperaturgesteuertes Schrumpfen auf einer Hohlwelle festgelegt und gefügt.
In der DE 38 42 590 C1 wird ein Verfahren zum Herstellen einer gebauten
Welle offenbart. Die aufgebaute Welle, insbesondere eine Nockenwelle,
Getriebewelle oder Kurbelwelle mit zumindest einem Rohrkörper und mehreren
darauf mit Abstand zueinander durch in Längsabschnitten vollzogenes
Aufweiten des Rohrkörpers abschlüssig festgelegten Elementen, wie Nocken,
Zahnrädern, Lagerhülsen oder Kurbelwangen weist einen Rohrkörper auf, der
bei etwa gleichbleibender Wandstärke jeweils im Bereich zwischen zwei
Elementen einen reduzierten Durchmesser aufweist. Hierdurch ist bei einer
geeigneten Innendruckaufgabe im gesamten Rohrkörper ein plastisches
Verformen der Abschnitte größeren Durchmessers gegenüber den
festzulegenden Antriebselementen möglich, während die Verformung der
zwischen den Antriebselementen liegenden Rohrabschnitten geringen
Durchmessers im rein elastischen Bereich bleibt. Bei den aufgeführten
Funktionselementen wie Nocken, Lagerhülsen und Kurbelwangen handelt es
sich jeweils um Elemente, die eine einzige Funktion ausüben.
In der DE 38 00 912 C2 wird ein Verfahren zum Herstellen einer aufgebauten
Welle offenbart, bei dem Elemente wie Lagerbuchsen, Nocken oder Zahnräder
auf einer Hohlwelle mittels Aufweiten der Hohlwelle in einzelnen den Elementen
zugeordneten Längsabschnitten festgelegt werden. Dabei werden in einzelne
der elastisch aufzuweitenden Abschnitte der Hohlwelle Stützhülsen im
wesentlichen spielfrei eingeschoben und unter Überschreiten der
Elastizitätsgrenze ihres Werkstoffes aufgeweitet. Dabei wird dann nicht mehr
notwendigerweise das Material der Hohlwelle selbst plastisch verformt, sondern
vorrangig das Material der Stützhülse. Dadurch kann die Dicke des einer
plastischen Aufweitung unterworfenen Materials auf das erforderliche Maß
erhöht werden, wenn das Material der Hohlwelle hierfür nicht ausreicht, um im
Antriebselement die erforderliche Vorspannung zu erzeugen.
In der GB 2 167 524 A wird eine Nockenwelle für Verbrennungsmaschinen
offenbart, die eine Tragwelle umfaßt, die eine Reihe gesinterter Elemente trägt,
die Nocken, Lagerelemente und Zahnräder umfassen. Zur Vermeidung
zusätzlicher Maßnahmen, wie Schweißen zur Befestigung der gesinterten Teile
in bestimmter Winkellage auf der Welle, weist die Welle auf ihrer Oberfläche in
axialer Richtung Stege auf, deren Profil auf in der Innenoberfläche der Bohrung
der gesinterten Teile vorgesehenen Nuten abgestimmt ist, in die die Stege
genau einpaßbar sind. Die gesinterten Teile können axial auf der Welle durch
kraftflüssige Verbindung auf der Welle oder den Stegen festgelegt werden.
Hierbei handelt es sich bei den einzelnen Funktionselementen um solche, die
jeweils eine einzige Funktion ausüben.
Eine Reduzierung zumindest einiger der vorgenannten Probleme beim
Herstellen aufgebauter hohler Wellen läßt sich durch den Einsatz von
Mehrfachfunktionselementen, z. B. Mehrfachnocken erzielen. Vorschläge
hierzu sind bekannt, beispielsweise die Herstellung von Mehrfachnocken
aus Rohrprofilen durch Twisten oder durch die Herstellung von
Mehrfachnocken aus Blechzuschnitten, die entsprechend profiliert und zu
einem Ringkörper umgeformt und geschweißt werden.
Bei dem erstgenannten Vorschlag besteht jedoch das Problem, daß es auf
einheitliche Nockenprofile begrenzt ist und keine große Steifigkeit der
Nocken gegen Außendruck, z. B. Stößelpressung vorliegt. Bei beiden
Vorschlägen besteht eine sehr starke Einschränkung bzgl. der Spreizung
bzw. unterschiedlicher Winkelteilung der Nockenspitzen über den Umfang,
was beim zweitgenannten Vorschlag nur durch eine sehr aufwendige
Verfahrensvariante überbrückt werden kann.
Der Erfindung liegt das technische Problem zugrunde, neuartige
Konstruktionen für aufgebaute hohle Wellen mit außenliegenden
Funktionselementen, die die vorgenannten Probleme vermeiden und die
vorteilhaft und wenig aufwendig in der Herstellung sind, sowie Verfahren
vorzuschlagen, mit denen solche Wellen und Mehrfachfunktionselemente
mit hoher Produktivität, größter Exaktheit und wenig aufwendig hergestellt
werden können.
Dieses Problem wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß aufgebaute
hohle Wellen mit außenliegenden Funktionselementen durch in
Axialrichtung abschnittsweises radiales Aufweiten gefügt werden, wobei
das Innenwellenrohr in den Aufweitabschnitten plastisch verformt und die
außenliegenden Teile in den Aufweitabschnitten nur elastisch verformt sind,
wobei die Funktionselemente zumindest teilweise auf
Mehrfachfunktionselementen angeordnet sind und die Aufweitabschnitte
zwischen den Funktionselementen liegen sowie durch ein Verfahren zur
Herstellung solcher Wellen, bei dem das abschnittsweise Aufweiten durch
hydraulischen Innenhochdruck erfolgt und die Hydraulikflüssigkeit durch
eine Sonde in die Hohlwelle geführt wird, wobei der
Sondenaußendurchmesser nur geringfügig kleiner ist als der
Welleninnendurchmesser und die Sonde gegen die Hohlwelle an den beiden
axialen Enden der Aufweitabschnitte durch Dichtelemente abgedichtet wird
und die Sonden, die einen lösbaren Hochdruck-Schnellanschluß aufweisen,
vor dem Anschluß an den Hochdruckerzeuger in die Welle eingeführt und
placiert werden sowie ein Verfahren zur Herstellung von
Mehrfachfunktionselementen, bei dem die einzelnen Funktionselemente aus
Rohren mit den Funktionselementen entsprechendem Profil hergestellt und
zu Mehrfachnocken zusammengesetzt werden, wobei die nichtrunden
Funktionselemente in axialer Richtung zum Grundkreis konzentrische
ringförmige Ansätze aufweisen, deren Innendurchmesser geringfügig größer
ist als der Außendurchmesser des Wellenrohrs, und die an ihren
Seitenkanten einen ringförmigen Bereich etwa halber Wandstärke derart
aufweisen, daß er sich mit dem des benachbarten nichtrunden
Funktionselements zur vollen Wandstärke ergänzt, und wobei die
ringförmigen Ansätze durch Rückformung des Profilrohres hergestellt
werden.
Durch die Verwendung von erfindungsgemäßen Mehrfachnocken lassen
sich eine ganze Reihe von Vorteilen realisieren. Bei in der nachfolgenden
Figur A dargestellten Beispielen, die Einlaßnocken, Auslaßnocken,
Dieseleinspritznocken und ein Gleitlager modulartig zusammenfassen, läßt
sich die Stückzahl der Einzelteile z. B. für eine Sechszylinder-
Dieselmaschine gegenüber dem Fügen von Einzelfunktionsteilen nach dem
Stand der Technik von 26 auf 9 Teile reduzieren. Die Beispiele wurden so
gewählt, daß übliche Funktionen von modernen LKW-Motoren
berücksichtigt werden. Die erfindungsgemäße Technologie ermöglicht es in
optimaler Weise, Konzepte mit einer Vielzahl von Nocken pro Zylinder zu
realisieren, z. B. zur Berücksichtigung einspritztechnologischer Merkmale
oder der Ventilabschaltung und Schließwinkel-Spreizung.
Diese Gegenüberstellung, die einen Vergleich von Nockenwellen gleicher
Abmessung und Funktion aufzeigt, die konventionell, nach herkömmlicher
Fügetechnik und der erfindungsgemäßen Fügetechnik hergestellt sind, zeigt
die Unterschiede der verschiedenen Ausführungsformen in bezug auf
Gewicht und Torsionssteifigkeit, die als polares Trägheitsmoment JP in der
Dimension cm4 angegeben ist. Die Vorteile der erfindungsgemäßen Wellen
sind sehr stark dadurch bedingt, daß das Gewicht nur linear mit dem
Rohrdurchmesser ansteigt, während sich die Torsionssteifigkeit in
vierfacher Potenz mit dem Durchmesser erhöht und außerdem durch den
mehrlagigen Aufbau an den Fügestellen positiv beeinflußt wird.
Die Erfindung wird anhand beigefügter Zeichnung näher beschrieben, in der
Ausführungsbeispiele dargestellt sind. Anhand dieser Beschreibung lassen
sich die Vorteile verdeutlichen, die u. a. auch durch die in den
Unteransprüchen beanspruchten Ausführungsformen ermöglicht werden. In
der Zeichnung zeigen
Fig. 1 eine Längs-Schnittansicht eines Ausschnittes einer
erfindungsgemäßen Welle;
Fig. 2 einen Schnitt entlang der Linie II-II in Fig. 1;
Fig. 3 ein Mehrfachnockenmodul, das durch Feinguß nach dem
Wachsausschmelzverfahren hergestellt wurde;
Fig. 4 ein Mehrfachnockenmodul, das aus Einzelteilen zusammengesetzt
ist;
Fig. 5 das Mehrfachnockenmodul gemäß Fig. 4, dessen Einzelteile
auseinandergerückt sind;
Fig. 6 das Mehrfachnockenmodul gemäß Fig. 4 mit einer schematischen
Darstellung der Vorrichtung zum Zusammenpressen des Moduls;
Fig. 7 eine Schnittansicht durch Vorrichtung mit Modul gemäß Fig. 6;
Fig. 8a und b Beispiele für Profilrohre zur Herstellung von Einzelnocken;
Fig. 9 eine schematische Schnittansicht des Werkzeugs (Gesenk) zum
Rückformen der ringförmigen Ansätze aus einem Profilrohr;
Fig. 10 die schematische Seitenansicht einer Anordnung gemäß IX-IX
Fig. 9 um 90° aus versetztem Blickwinkel;
Fig. 11 eine schematische Darstellung der Funktionen eines Mehrfach-
Bearbeitungsautomaten zur mechanischen Bearbeitung von
Profilrohrstangen zur Herstellung von Einzelnocken und
Fig. 12 die gesonderte Darstellung der Abtrennung von Einzelnocken aus
den Profilrohrstangen.
In Fig. 1 ist ein Teil einer Nockenwelle 1 für eine Diesel-LKW-Maschine
dargestellt, bei der die Funktionselemente Gleitlager 6, Auslaßnocken,
Einspritznocken und Einlaßnocken 2 zu einem Modul M zusammengefaßt
sind, das als Mehrfachnocken hergestellt und als Ganzes auf das Wellenrohr
3 aufgefügt werden soll. Außerdem zeigt die Darstellung am rechten Ende
der Welle eine Wellenabschlußkappe 7 oder ein Endstück. Im dargestellten
Ausführungsbeispiel ist der Einlaßnocken höher und schmaler als der
Auslaßnocken, während der Einspritznocken die typische Form mit einer
sehr langgezogenen flachen und einer sehr kurzen steilen Flanke aufweist,
wie gut auch im Zusammenhang mit Fig. 2 zu erkennen ist. In Fig. 2 ist
auch dargestellt, daß auf dem Wellenrohr 3 beispielsweise in 60°-Teilung
axial verlaufende Nuten 18 vorgesehen werden können, in die entsprechend
geformte Stege oder Spitzen auf der Mehrfachnockeninnenoberfläche
passen. Durch dieses Hilfsmittel läßt sich eine sehr exakte Orientierung der
Mehrfachnockenposition auf dem Wellenrohr 3 ermöglichen. Innenhalb des
Mehrfachnockenmoduls M können die Nockenteilungen ohnehin exakt
aufeinander ausgerichtet und vorgegeben werden. Durch diese Maßnahme
läßt sich das Vormontieren der aufgebauten Welle 1 sehr präzise und
schnell durchführen.
Fig. 3 zeigt ein Mehrfachnocken-Modul M, das einstückig, beispielsweise
nach dem Wachs-Ausschmelzverfahren, aus Lagerstahl hergestellt ist. Mit
diesem Herstellverfahren lassen sich sehr hohe Genauigkeiten von
beispielsweise < 1/10 mm erzielen. Anhand dieser Darstellung läßt sich
auch gut erkennen, daß die Fügeflächen, das sind die
Innenoberflächenabschnitte mit jeweils kleinstem Durchmesser, für das
gesamte Modul sehr großzügig bemessen lassen. Damit müssen die den
Funktionselementen zugeordneten Oberflächenanteile nicht als Fügestellen
beansprucht werden, so daß die Funktionselemente über den kleinsten
Innendurchmesser hinaus "hohl" ausgebildet werden können. Trotzdem
bietet die insgesamt zur Verfügung stehende Fügefläche ein bei weitem
ausreichendes Reibmoment, so daß bei dem gewählten Fügeverfahren ein
sicherer Kraftschluß gewährleistet ist.
In Fig. 4 ist ein Mehrfachnocken-Modul dargestellt, das dieselben
Abmessungen wie das Modul gemäß Fig. 3 hat, jedoch aus Einzelteilen 4
zusammengesetzt ist. Fig. 5 zeigt die Einzelteile 4 dieses Moduls M in
auseinandergerückter Form. Hierbei ist deutlich zu erkennen, daß die
ringförmigen Ansätze 5, die sich in axialer Richtung in Fortsetzung der
eigentlichen Funktionselementen erstrecken, immer dann in ihrem äußeren
Ende einen stufenförmig abgesetzten ringförmigen Steg mit etwa halber
Wandstärke aufweisen, wenn diese mit einem anderen nichtrunden
Funktionsteil benachbart sind. Die stufenförmigen Stege oder Absätze
benachbarter "unrunder" Funktionsteile ergänzen sich zu voller Wandstärke
und sind gemeinsam Bestandteil der Fügeabschnitte. In diesen
Überlappungsbereichen sowie im Überlappungsbereich des
Lagerringabschnittes 6 mit dem nichtgestuften Ansatz des benachbarten
Funktionselementes ergeben sich dreilagige oder beispielsweise bei Einsatz
von mehr als einer Wellenrohrlage auch mehr als dreilagige
Materialkonstellationen in der gefügten Welle, was ihre Torsionssteifigkeit
deutlich erhöht.
In Fig. 6 und 7 ist dargestellt, wie die Einzelteile 4 gemäß Fig. 5 zu einem
Mehrfachnockenmodul M gemäß Fig. 4 zusammengepreßt werden und wie
eine entsprechende Montagevorrichtung a, b schematisch aufgebaut ist. Die
Einzelteile 4 werden vororientiert in ein einteiliges Untergelenk b eingelegt.
Darauf senkt sich das zweiteilige Obergelenk a ab und richtet die
Funktionsprofile ganz exakt aus. Daraufhin fährt das geteilte Obergelenk a
aufeinander zu und schiebt die Einzelteile 4 derart ineinander, bis sie sich
gegenseitig bzw. an Anschlägen im Untergesenk b axial ausrichten. Die
Anschlüsse der Einzelteile 4 können so exakt vorgearbeitet sein, daß sich
dabei ein Preßsitz aufbaut, der das Modul ohne weitere Maßnahmen
handlingsicher macht. Es können jedoch alternativ Vorrichtungen zur
Fixierung der Einzelteile 4 zueinander, beispielsweise eine
Punktschweißeinrichtung vorgesehen werden.
In den Fig. 8a und 8b sind Beispiele für Profilrohre dargestellt, aus denen
die Einzelnocken hergestellt werden. Diese Profile können ganz exakt den
Funktionselementprofilen entsprechen oder an den erforderlichen Stellen
ein Bearbeitungsaufmaß aufweisen. In den Fig. 9 und 10 ist schematisch
dargestellt, wie aus solchen Profilrohrstangen die Einzelkonturen mit
zwischen den Funktionselementen liegenden ringförmigen Ansätzen 5
rückgeformt werden. Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist dies eine
Presse, mit der die ringförmigen Ansätze 5 gegen ein innerhalb des
Profilrohrs angeordnetes Innenwerkzeug 11 durch Pressen rückgeformt
werden. Das dargestellt Beispiel zeigt in den ausgezogenen bzw.
gestrichelten Linien ein Beispiel, bei dem der Nockengrundkreis mit dem
unteren Teil des ringförmigen Ansatzes 5 fluchtet. In diesem Fall muß das
Innenwerkzeug mindestens zweigeteilt sein, wie durch entsprechende
Schraffur angedeutet, damit nach erfolgter Rückformung zunächst der
untere Teil des Innenwerkzeugs 11 herausgezogen werden kann. Zur
Erleichterung des Montierens und Demontierens können vorteilhaft
Einführschrägen vorgesehen werden. Danach fällt der obere Teil des
Innenwerkzeugs nach unten und kann ebenfalls aus dem Rohr
herausgezogen werden. Für den Fall, daß der Nockengrundkreis radial über
den ringförmigen Ansatz 5 übersteht, muß das Innenwerkzeug 11 dreigeteilt
werden, wie durch die strichpunktierte Linie angedeutet, damit zunächst der
mittlere Teil des Innenwerkzeugs, dann der obere und danach der untere aus
dem Rohr herausgezogen werden können.
In Fig. 11 ist schematisch dargestellt, wie aus den umgeformten
Profilrohrstangen 11 die Einzelfunktionsteile 4 nach entsprechender
Fertigbearbeitung abgetrennt werden können. Ein solcher Stangenautomat
beinhaltet Werkzeuge bzw. Vorrichtung für beispielsweise fünf
Arbeitsgänge. Einmal sind Innen- 12 und Außendrehmeißel 13 vorgesehen,
die die Innen- und Außenkonturen, wie sie am besten in Fig. 5 zu erkennen
sind, ganz exakt herstellen können. Der Automat verfügt über ein
zweigeteiltes, unabhängig voneinander axial bewegbares Spannfutter 15,
16, mit dem sowohl das Einspannen 15 als auch das Transportieren 16 in
Axialrichtung erfolgen kann. Nach fertiger Innen- und Außenbearbeitung
erfolgt das Trennen der Einzelteile durch einen Stechmeißel 14. In Fig. 12
ist das Trennwerkzeug, im dargestellten Fall ein Stechmeißel, und die
Schnittbreite für das Abtrennung im Detail dargestellt.
In den Fig. 3, 4, 5, 6 und 12 ist deutlich zu erkennen, daß die Seitenflächen
der Nocken leicht konisch ausgebildet sind, was vorteilhaft die Herstellung
der Mehrfachnocken erleichtert. Das Rückformen der Profilrohrstangen,
wie in den Fig. 9 und 10 dargestellt, kann in Pressen erfolgen, in denen eine
Vielzahl von mehreren Metern langen Profilrohrstangen nebeneinander in
entsprechende Formen eingelegt sind, wodurch sich mit einem einzigen
Pressenhub eine sehr große Anzahl von Nocken gleichzeitig herstellen läßt.
Als Material für die Profilrohrstangen eignen sich besonders kalt gezogene
Profilrohre in Zylinderrohrqualität, bei denen Toleranzen von deutlich
weniger als 1/10 mm eingehalten werden können.
Bisher wurden Beispiele für die Herstellung der Einzelnocken 4 durch
Rückformen entsprechend profilierter Rohrstangen beschrieben und in der
Zeichnung dargestellt. Im Ausführungsbeispiel dargestellt ist das
Rückformen durch Pressen. Das Rückformen läßt sich aber auch mit
anderen Umformverfahren wie Hämmern, Schmieden oder Walzen
darstellen. Ebenfalls ist es möglich, die Einzelfunktionsprofile durch
Innenausformung eines Rundrohrs herzustellen.
Die im dargestellten Ausführungsbeispiel gewählte Modulteilung sieht die
Zusammenfassung der Funktionselemente für einen Zylinder als
Teilungsmaß vor. Es ist genauso denkbar, daß das Modul aus
komplementären Teil-Funktionsbereichen zweier benachbarter Zylinder
zusammengefaßt wird, wenn dies aus der Verteilung der Funktionsprofile
über den Umfang sinnvoll erscheint.
Die einzelnen Funktionselemente können aus den jeweils geeigneten
Materialien hergestellt werden. Dabei ist es zweckmäßig, die
Aufgabenteilung für Herstellung, Bearbeitung und Einstellung der Lauf-
bzw. Beanspruchungsprofile zu optimieren, da nicht immer alle
Eigenschaften mit einem Material ohne Nachbehandlung erzielt werden
können. Wählt man z. B. einen Kugellagerstahl wie 100 Cr6, ist dieser für
hohe Hertzsche Pressung geeignet, jedoch schwieriger in der Bearbeitung.
Wählt man leichter zu bearbeitende Stähle, ist es zweckmäßig, sie nach
ihrer Eignung zur Randschichthärtung auszusuchen. Es ist auch denkbar,
leicht verformbare Einsatzstähle auszuwählen, die nach der Formgebung
aufgekohlt werden. Daß für die einzelnen Funktionselemente jeweils ihrem
Beanspruchungsprofil entsprechende, für die verschiedenen
Funktionselemente durchaus unterschiedliche Materialien gewählt werden,
liegt auf der Hand. Wichtig ist es darauf zu achten, daß in den
Fügebereichen, das sind im wesentlichen die ringförmigen Ansätze 5 neben
den Funktionselementen, zum Aufweiten ein vergütetes Gefüge vorliegt.
Das in Fig. 8a dargestellte Profil ist typisch für einen Diesel-
Einspritznocken, während das in Fig. 8b dargestellte Profil typisch für Ein-
oder Auslaßnocken ist. Für die Herstellung der gefügten Nockenwellen ist
es beim Aufweiten im Hinblick auf die Geradheit der fertigen Welle
zweckmäßig, die Wellen an den Lagerstellen in Prismen einzuspannen, wie
sie auf dem Markt verfügbar sind.
Claims (8)
1. Aufgebaute hohle Welle mit außenliegenden Funktionselementen,
gefügt durch in Axialrichtung abschnittsweises radiales Aufweiten,
wobei das Innenwellenrohr (3) in den Aufweitabschnitten plastisch
verformt und die außenliegenden Teile in den Aufweitabschnitten nur
elastisch verformt sind,
dadurch gekennzeichnet, daß
die Aufweitabschnitte axial zwischen den Funktionselementen liegen
und die Funktionselemente zumindest teilweise auf
Mehrfachfunktionselementen (M) angeordnet sind, wobei mehrere
Mehrfachfunktionselemente (M) modulartig und gegebenenfalls
Funktionselemente auf dem Innenwellenrohr (3) zu einer Welle
zusammengestellt und durch Aufweiten in den Aufweitabschnitten zu
einer aufgebauten hohlen Welle (1) gefügt sind.
2. Welle gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die
Mehrfachfunktionselemente auf dem Innendurchmesser Stege mit einem
Profil aufweisen, das dem von axial verlaufenden Nuten (18) auf der
äußeren Wellenoberfläche entspricht.
3. Welle gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Welle
eine Nockenwelle und die Mehrfachfunktionselemente Mehrfachnocken
(M) sind, die vorzugsweise, Nockenelemente (2), Lagerelemente (6) und
Antriebselemente aufweisen.
4. Welle gemäß Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die
Mehrfachnocken (M) aus mehreren Einzelteilen (4) bestehen, die in axialer
Richtung zusammengesetzt sind, wobei nichtrunde Einzelteile (2) in axialer
Richtung konzentrisch zum Grundkreis ringförmige Ansätze (5) aufweisen,
deren Innendurchmesser geringfügig größer ist als der Außendurchmesser
des Wellenrohrs (3) und die an ihren Seiten, die nichtrunden Einzelteilen
benachbart sind, einen ringförmigen Steg etwa halber Wandstärke derart
aufweisen, daß er sich mit dem des benachbarten nichtrunden Einzelteils zu
voller Wandstärke ergänzt, und runde Einzelteile einen Innendurchmesser
haben, der genau auf den Außendurchmesser der ringförmigen Ansätze (5)
paßt.
5. Welle gemäß Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die ringförmigen
Ansätze (5) die Aufweitabschnitte darstellen und in den Aufweitabschnitten
teilweise drei Materiallagen radial übereinanderliegen.
6. Verfahren zur Herstellung von aufgebauten hohlen Wellen gemäß
Anspruch 1 bis 5, wobei das abschnittsweise Aufweiten durch
hydraulischen Innenhochdruck erfolgt und die Hydraulikflüssigkeit
durch eine Sonde in die Hohlwelle geführt wird, wobei der
Sondenaußendurchmesser nur geringfügig kleiner ist als der
Welleninnendurchmesser und die Sonde gegen die Hohlwelle an den
beiden axialen Enden der Aufweitabschnitte durch Dichtelemente
abgedichtet wird und die Sonden, die einen lösbaren Hochdruck-
Schnellanschluß aufweisen, vor dem Anschluß an den
Hochdruckerzeuger in die Welle eingeführt und placiert werden.
7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere fertig
zusammengesetzte und mit Sonden bestückte Wellen gleichzeitig an den
Hochdruckerzeuger angeschlossen und durch Aufweiten gefügt werden.
8. Verfahren zur Herstellung von Mehrfachfunktionselementen,
insbesondere von Mehrfachnocken, zum Einsatz für die Herstellung von
aufgebauten hohlen Wellen mit außenliegenden Funktionselementen,
insbesondere Nockenwellen, bei dem die einzelnen Funktionselemente aus
Rohren mit den Funktionselementen entsprechendem Profil hergestellt und
zu Mehrfachnocken zusammengesetzt werden, wobei die nichtrunden
Funktionselemente in axialer Richtung zum Grundkreis konzentrische,
ringförmige Ansätze aufweisen, deren Innendurchmesser geringfügig größer
ist als der Außendurchmesser des Wellenrohrs, und die an ihren
Seitenkanten einen ringförmigen Bereich etwa halber Wandstärke derart
aufweisen, daß er sich mit dem des benachbarten nichtrunden
Funktionselements zur vollen Wandstärke ergänzt, und wobei die
ringförmigen Ansätze durch Rückformung des Profilrohres hergestellt
weiden.
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