DE19756673A1 - Verfahren zur Herstellung einer Welle aus einem Rohrstück, Vorrichtung zur Herstellung einer Welle aus einem Rohrstück und aus einem Rohrstück hergestellte Nockenwelle - Google Patents
Verfahren zur Herstellung einer Welle aus einem Rohrstück, Vorrichtung zur Herstellung einer Welle aus einem Rohrstück und aus einem Rohrstück hergestellte NockenwelleInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer
Welle aus einem Rohrstück, wobei die Welle mindestens eine
Auswölbung, wie ein Hublager, einen Nocken oder einen
Lagerabsatz, aufweist. Darüber hinaus betrifft die
Erfindung eine Vorrichtung zum Herstellen einer solchen
Welle. Schließlich betrifft die Erfindung auch eine
Nockenwelle, welche aus einem Rohrstück hergestellt ist.
Wellen, insbesondere Nockenwellen dieser Art bestehen in
der Regel aus Metall, insbesondere aus Stahl. Sie werden
zur Gewichtsersparnis beispielsweise in Motoren anstelle
geschmiedeter oder gegossener Bauteile verwendet, die für
Kraftfahrzeuge bestimmt sind.
Ein mehrstufiges Verfahren zur Herstellung einer
Nockenwelle, eine Vorrichtung zur Durchführung dieses
Verfahrens und eine Nockenwelle der voranstehend genannten
Art sind aus der amerikanischen Patentschrift US 2 892 254
bekannt. Gemäß dieser Druckschrift wird zur Herstellung der
bekannten Nockenwelle ein Formwerkzeug verwendet, welches
aus zwei blockartigen Werkzeughälften gebildet ist. In die
im geschlossenen Zustand aufeinander liegenden Flächen der
Werkzeughälften sind Höhlungen eingeformt, die gemeinsam
eine Hohlform für die an der Welle herzustellende
Nockenauswölbung bilden. Zur Herstellung der Welle mit der
bekannten Vorrichtung wird zunächst der Rohrabschnitt, an
welchem der erste Nocken der Welle erzeugt werden soll, in
das Werkzeug eingelegt und das Rohrstück mit Fluid gefüllt.
Anschließend wird das Rohrstück abgedichtet und mittels
einer geeigneten Druckerzeugungseinrichtung ein Innendruck
erzeugt, welcher hoch genug ist, um das Material des
betreffenden Rohrabschnitts in die Hohlform des Werkzeugs
zu pressen. Gleichzeitig ist ein axialer Druck wirksam,
der das Fließen des Rohrmaterials in die Höhlung
begünstigt. Nach Abschluß der ersten Stufe der Formgebung
wird das Werkzeug geöffnet und das Rohrstück axial voran
bewegt, bis die zuvor erzeugte Nockenauswölbung in einer
weiteren Höhlung des Werkzeugs liegt. Dann wird wieder der
Innendruck aufgebaut, eine weitere Nockenauswölbung erzeugt
und dieser Vorgang schrittweise wiederholt, bis alle Nocken
der Welle fertiggestellt sind.
Die bekannte Vorrichtung ermöglicht zwar die Herstellung
einer Nockenwelle von geringem Gewicht. Die praktische
Erprobung derart hergestellter Nockenwellen zeigt jedoch,
daß diese die an die Betriebseigenschaften gestellten
Anforderungen nicht erfüllen. Darüber hinaus erweist sich
die Herstellung der Nockenwellen nach dem bekannten
Verfahren als umständlich und zeitaufwendig. Zudem ist es
mit dem bekannten Verfahren nicht möglich, Nocken
unterschiedlicher Form an einer Welle zu erzeugen.
Zur Beseitigung der Nachteile des aus der US 2 892 254
bekannten Herstellverfahrens ist in der deutschen
Patentschrift DE 44 27 201 C2 vorgeschlagen worden, in
einem ebenfalls mehrstufigen Kaltfließpreß-Verfahren zur
Herstellung einer Nockenwelle aus einem Rohrstück zunächst
eine Vorform der herzustellenden Nocken zu erzeugen. Die
Ausbildung einer derartigen Vorform ermöglicht es, mehr
Material in den Bereich der Nockenspitze anzuhäufen, als
dies bei dem voranstehend erläuterten bekannten Verfahren
möglich ist. Indem durch Aufbringen einer axialen
Druckkraft auf das Rohrstück sichergestellt ist, daß
während des Vorformens ständig beidseitig Material
nachgeschoben wird, wird eine günstigere Massenverteilung
im Bereich des jeweiligen Nockens erreicht. In mindestens
einer weiteren Verarbeitungsstufe wird bei dem aus der
DE 44 27 201 C2 bekannten Verfahren nach dem Vorformen die
Endform der Nocken hergestellt.
Das aus DE 44 27 201 C2 bekannte Verfahren ermöglicht zwar
die Herstellung einer hinsichtlich ihrer Eigenschaften
verbesserten Nockenwelle. In der Praxis zeigt sich jedoch,
daß auch die nach diesem Verfahren hergestellten
Nockenwellen nach wie vor nicht die Anforderungen erfüllen,
die an ein serienreifes Bauteil gestellt werden. Zudem
erweist es sich als schwierig, mit dem in der
DE 44 27 201 C2 beschriebenen Herstellverfahren
Nockenwellen von geeigneter Qualität in großen Stückzahlen
herzustellen, da eine Vielzahl von Werkzeug und
Vorrichtungswechseln für die Durchführung des Verfahrens
erforderlich sind.
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Verfahren und
eine Vorrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen,
welche die kostengünstige, praxisgerechte Herstellung von
mit Auswölbungen versehenen Wellen, insbesondere
Nockenwellen, ermöglichen. Darüber hinaus soll eine aus
einem Rohrstück hergestellte Nockenwelle angegeben werden,
die gegenüber bekannten, aus Rohrstücken hergestellten
Nockenwellen verbesserte Betriebseigenschaften aufweist.
Die voranstehend angegebene Aufgabe wird durch ein
Verfahren zur Herstellung einer Welle, die mindestens eine
Auswölbung, wie ein Hublager, einen Nocken oder einen
Lagerabsatz, aufweist, aus einem Rohrstück gelöst, bei dem
das Rohrstück an einem Abschnitt radial abgestützt wird,
die an den Bereich der zu erzeugenden Auswölbung angrenzt,
bei dem das Rohrstück unter Innendruck gesetzt wird, bei
dem durch eine mit dem Innendruck zusammenwirkende
Beaufschlagung des Rohrstücks mit einer in axialer Richtung
wirkenden Druckkraft ein an den radial abgestützten
Abschnitt angrenzender Rohrabschnitt derart gestaucht wird,
daß der Außendurchmesser dieses gestauchten Rohrabschnitts
größer ist als der Außendurchmesser des ungestauchten
Rohres, bei dem anschließend ein Formwerkzeug auf den
gestauchten Rohrabschnitt zugestellt wird, welches eine
Höhlung aufweist, die eine der Endform der zu erzeugenden
Auswölbung entsprechende Hohlform bildet, und bei dem durch
Aufbringen radial wirkender Druckkräfte mittels des
Formwerkzeuges aus dem gestauchten Rohrabschnitt die
Auswölbung geformt wird, wobei das Rohrstück während des
gesamten Formgebungsvorgangs mit Innendruck beaufschlagt
bleibt.
Gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren wird zunächst
ungehindert durch ein Formwerkzeug aufgrund des
Zusammenwirkens von Innendruck und axialem Druck eine
Stauchung des Rohrstücks in dem Bereich erzeugt, an dem die
jeweilige Auswölbung erzeugt werden soll. Dabei stellt der
Innendruck sicher, daß die durch die Stauchung
hervorgerufene Materialansammlung zu einer
Durchmessererweiterung der Rohrstücke in dem betreffenden
Abschnitt führt. Auf diese Weise wird in dem betreffenden
Rohrabschnitt Material angehäuft, welches für die
anschließende Ausformung des Nockens benötigt wird. Dann
wird das Formwerkzeug geschlossen. Sobald das Werkzeug den
gestauchten Abschnitt berührt, wird ein aus radialer
Richtung auf das Rohrstück wirkender Druck ausgeübt. Dieser
Druck prägt dem nach wie vor unter Innendruck stehenden
Rohrmaterial, bei dem es sich vorzugsweise um Metall,
insbesondere Stahl, handelt, eine bestimmte, durch die Form
der Werkzeughöhlung vorgegebene Fließrichtung auf.
Die Besonderheit des erfindungsgemäßen Kaltfließpreß-
Verfahrens besteht, wie erwähnt, darin, daß das
Rohrmaterial nicht von Beginn der Herstellung einer
Auswölbung an in eine bestimmte Form gezwungen wird,
sondern daß zuerst eine Stauchung des Rohrmaterials und
damit einhergehend eine Materialanhäufung hervorgerufen
wird, die hinsichtlich ihrer Form nicht bestimmt ist. Da
das Material während des Stauchens frei fließen kann, ist
auf einfache Weise sichergestellt, daß beim Erzeugen der
Endform der Auswölbung so viel Material zur Verfügung
steht, daß Ausdünnungen der Wände der Auswölbung vermieden
werden. Dies ermöglicht es durch eine entsprechende
Formgebung der Hohlform des Formwerkzeugs und durch eine
geeignete Wahl des Zeitpunkts, an dem das Werkzeug
zugestellt wird, mit dem erfindungsgemäßen Verfahren
gezielt an solchen Stellen der Auswölbung viel Material zu
versammeln, die im Einsatz einer erhöhten Belastung
ausgesetzt sind.
Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Aufeinanderfolge
der Bearbeitungsschritte ist, daß die Fertigung von mit
Auswölbungen versehenen Wellen auf einer einzigen Maschine
durchgeführt werden kann. Zeit- und kostenaufwendige
Werkzeug- oder Vorrichtungswechsel müssen nicht
durchgeführt werden. Daher eignet sich das erfindungsgemäße
Verfahren in besonderer Weise zur serienmäßigen Herstellung
von mit Auswölbungen versehenen Wellen, insbesondere
Nockenwellen, für den Kraftfahrzeugbau.
Eine besonders günstige Materialverteilung im Bereich der
Wandungen der Auswölbung kann dadurch erreicht werden, daß
das Rohrstück während der mittels des Formwerkzeugs
durchgeführten Formgebung unter axialer Druckkraftbelastung
gehalten wird. Durch das Aufrechterhalten des axialen
Drucks während der Formgebung durch das Formwerkzeug kann
sichergestellt werden, daß in ausreichendem Maße Material
nachgeschoben wird, um die gewünschten Wanddicken und
Materialverteilungen im Bereich der Auswölbung zu
erreichen.
Eine zusätzliche Verbesserung der Abformgenauigkeit kann
dadurch erreicht werden, daß zum Ende des
Formgebungsvorgangs bei anliegendem Formwerkzeug der
Innendruck des Rohrstücks erhöht wird. Die Erhöhung des
Rohrinnendrucks im letzten Stadium der Formgebung bewirkt,
daß das Rohrmaterial sicher auch in die Zonen der Hohlform
des Werkzeugs fließt, die es bei einem konstant
aufrechterhaltenem Druck nicht erreichen würde.
Sollen an dem Rohrstück mehrere axial beabstandete
Auswölbungen schrittweise aufeinanderfolgend erzeugt
werden, so kann der für die Durchführung des Verfahrens
benötigte vorrichtungstechnische Aufwand dadurch minimiert
werden, daß die radiale Abstützung durch jeweils dasjenige
Formwerkzeug gebildet ist, welches zur Herstellung der
jeweils zuvor erzeugten Auswölbung verwendet worden ist.
Eine im Zusammenhang mit der Herstellung mehrerer
Auswölbungen an dem Rohrstück praxisgerechte, einen
ebenfalls geringen vorrichtungstechnischen Aufwand
voraussetzende Ausgestaltung des erfindungsgemäßen
Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, daß, beginnend mit
der Auswölbung, welche dem in Wirkrichtung der axialen
Druckkraft vorderen Ende des Rohrstücks zugeordnet ist, die
Auswölbungen schrittweise nacheinander geformt werden. Bei
einer derartigen Verfahrensweise ist jeweils nur eine
Druckerzeugungseinrichtung für das Aufbringen des axialen
Drucks und des Innendrucks erforderlich.
Bei der Herstellung mehrerer Auswölbungen an dem Rohrstück
kann eine Verkürzung der Bearbeitungszeiten bei ebenfalls
geringem vorrichtungstechnischem Aufwand dadurch erreicht
werden, daß das Rohrstück beidenends mit einer axial
wirkenden Druckkraft beaufschlagt wird und die Auswölbungen
paarweise ausgehend vom mittleren Paar der Auswölbungen
geformt werden.
Hinsichtlich der Vorrichtung wird die oben angegebene
Aufgabe durch eine Vorrichtung zum Herstellen einer Welle,
die mindestens eine Auswölbung, wie ein Hublager, einen
Nocken oder einen Lagerabsatz, aufweist, aus einem
Rohrstück gelöst, die mit einer Abstützeinrichtung, welche
dazu vorgesehen ist, das Rohrstück radial umgreifend
einzuspannen, mit einer ersten Druckerzeugungseinrichtung,
mittels der das Rohrstück in axialer Richtung mit einer
Druckkraft beaufschlagbar ist, mit einer zweiten
Druckerzeugungseinrichtung, mittels der ein in den
Innenraum des Rohrstücks eingeleitetes Druckmedium mit
Druck beaufschlagt wird, und mit einem mindestens einmal
geteilten Formwerkzeug ausgestattet ist, welches in
radialer Richtung auf das Rohrstück zustellbar ist und
welches eine Höhlung aufweist, die eine der Endform der
herzustellenden Auswölbung entsprechende Hohlform bildet.
Besonders geeignet ist die erfindungsgemäße Vorrichtung zur
Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens.
Mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist es möglich, in
einem automatisierten Verfahren große Stückzahlen mit einer
oder mehreren Auswölbungen versehener Wellen aus
Rohrstücken herzustellen. Durch die Abstützeinrichtung kann
das Rohrstück auf einfache Weise so abgestützt werden, daß
im ersten Schritt ein freies Aufstauchen des jeweiligen
Rohrabschnitts problemlos möglich ist. Der für das
Aufstauchen benötigte Raum steht während dieses
Arbeitsschritts zur Verfügung, da sich die Teile des
Formwerkzeugs in dieser Phase aufgrund ihrer radialen
Zustellbarkeit entfernt von dem Rohrstück befinden. Auf
diese Weise ist kein Werkzeug- oder Vorrichtungswechsel
notwendig, wenn auf der erfindungsgemäßen Vorrichtung Wellen
nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt werden
sollen.
Sowohl hinsichtlich des Platzbedarfs als auch hinsichtlich
der seitlichen Abstützung des Formwerkzeugs ist es günstig,
wenn das Formwerkzeug scheibenartig ausgebildet ist. Dies
gilt insbesondere dann, wenn für die Herstellung von Wellen
mit mehreren Auswölbungen mehrere Formwerkzeuge in
Achsrichtung der Vorrichtung scheibenweise nebeneinander
angeordnet sind. In diesem Fall wird die Herstellung der
einzelnen Auswölbungen der Welle in der Regel schrittweise
aufeinanderfolgend durchgeführt werden. Dabei kann das
Formwerkzeug, welches für die Herstellung der im jeweils
vorangehenden Arbeitsschritt hergestellen Auswölbung
genutzt wurde, als Abstützeinrichtung für die jeweils
anschließend herzustellende Auswölbung eingesetzt werden.
Einfach herzustellen ist eine erfindungsgemäße Vorrichtung
dann, wenn das Formwerkzeug mittengeteilt ist.
Eine hohe Genauigkeit bei der Bewegung der Teile des
geteilten Formwerkzeugs relativ zueinander, kann auf
einfache Weise dadurch erreicht werden, daß die Teile des
Formwerkzeugs formschlüssig miteinander verkoppelt sind.
Bezüglich einer Nockenwelle, welche durch ein
Kaltfließpress-Verfahren der eingangs genannten Art
hergestellt ist, wird die oben angegebene Aufgabe in einer
ersten Ausgestaltung dadurch gelöst, daß die Wandstärke der
Nocken mindestens so groß ist wie die Wandstärke des
Grundmaterials, aus dem die Nockenwelle hergestellt ist,
oder mindestens so groß ist wie die Wandstärke der zwischen
den Nocken liegenden Wandabschnitte.
Eine Nockenwellengestaltung, die alternativ oder ergänzend
zu den voranstehend genannten erfindungsgemäßen
Ausgestaltungen einer Nockenwelle anwendbar ist, ist
dadurch gekennzeichnet, daß die Nocken im Bereich der
Nockenspitzen eine Wandstärke besitzen, die mindestens so
groß ist wie im Bereich der den Nockenspitzen jeweils
gegenüberliegenden Wandabschnitte. Vorzugsweise ist dabei
die Wandstärke im Bereich der Nockenspitze um etwa 20%
größer als die Wandstärke des der Nockenspitze
gegenüberliegenden Wandabschnitts.
Durch die bei den erfindungsgemäßen Nockenwellen
vorgesehene Materialverteilung ist sichergestellt, daß die
Nocken und speziell die Nockenspitzen auch wechselnd hohen,
Materialverschleiß mit sich bringenden Belastungen, wie sie
beispielsweise beim Einsatz in einem PKW-Motor auftreten,
in ausreichender Weise und über eine ausreichend lange
Einsatzdauer standhalten. Dies ermöglicht es, den Aufwand
für die Nachbearbeitung der erfindungsgemäßen Nockenwellen
auf ein Minimum zu reduzieren.
Besonders vorteilhaft lassen sich erfindungsgemäße
Nockenwellen nach dem erfindungsgemäßen Verfahren
herstellen, da dieses, wie erläutert, in besonderer Weise
dazu geeignet ist, zielgerichtet im Bereich der zu
erzeugenden Nocken selbst und, insbesondere, im Bereich von
deren Spitzen Material anzusammeln.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand einer ein
Ausführungsbeispiel darstellenden Zeichnung näher
erläutert. Es zeigen schematisch:
Fig. 1 eine Vorrichtung zum Herstellen einer Nockenwelle
aus einem Rohrstück in einer ersten
Betriebsstellung in einem Längsschnitt;
Fig. 2 die Vorrichtung nach Fig. 1 in einer zweiten
Betriebsstellung in einem vergrößerten,
ausschnittsweisen Längsschnitt;
Fig. 3 die Vorrichtung nach Fig. 1 in einer dritten
Betriebsstellung im Längsschnitt;
Fig. 4 die Vorrichtung nach Fig. 1 in einer vierten
Betriebsstellung im Längsschnitt;
Fig. 5 die Vorrichtung nach Fig. 1 in einer fünften
Betriebsstellung im Längsschnitt;
Fig. 6 eine Nockenwelle in einem Querschnitt;
Fig. 7 eine zweite Nockenwelle im Längsschnitt in
ausschnittsweiser Darstellung.
Die in den Figuren gezeigte Vorrichtung 1 zur Herstellung
einer Nockenwelle W aus einem Rohrstück R weist eine
Aufnahme 2 auf, in der das aus einer Stahllegierung
bestehende Rohrstück R eingelegt ist. Die Aufnahme 2 ist
achsparallel zur Längsachse L des Rohrstücks R verschiebbar
im nicht dargestellten Gestell der Vorrichtung 1 gelagert.
Koaxial zum Rohrstück R ist ein erster Hydraulikzylinder 3
und ein zweiter, diametral gegenüberliegend angeordneter
zweiter Hydraulikzylinder 4 angeordnet, deren Kolben 5, 6
Drückübertragungsstücke 7, 8 tragen.
Bei an das Rohrstück R herangefahrenen
Druckübertragungsstücken 7, 8 (Fig. 2-4) ist das Rohrstück
R axial zwischen den Druckübertragungsstücken 7, 8
eingespannt, so daß mittels der Druckübertragungsstücke 7, 8
die von den Hydraulikzylindern 3, 4 erzeugte axiale
Druckkraft Da von dessen beiden Enden auf das Rohrstück R
einwirkt. Gleichzeitig dichten die Druckübertragungsstücke
7, 8 in diesem Betriebszustand die stirnseitigen Öffnungen
des Rohrstücks R ab.
Der Kolben 6 des Hydraulikzylinders 4 und das von ihm
getragene Druckübertragungsstück 8 weisen zusätzlich eine
auf der Stirnseite des Druckübertragungsstücks 8 mündende
Verbindungsleitung 9 auf, die mit einem auf der
Mantelfläche des Kolbens 6 angeordneten Anschluß 10 für
eine Druckleitung 11 verbunden ist. Über die Druckleitung
11 ist die Verbindungsleitung 9 an eine Hydraulikpumpe 12
angeschlossen, durch die ein Fluid in den Innenraum Ri des
Rohrstücks R als Druckmedium gefüllt werden kann. Durch
Druckbeaufschlagung des in den Innenraum Ri des Rohres R
gefüllten Fluides kann ein Innendruck Pi in dem Rohrstück R
erzeugt werden.
In einer oberen Stelleinrichtung 15 der Vorrichtung 1 sind
nebeneinander die oberen Formwerkzeughälften
16a, 17a, 18a, 19a, 20a mehrerer scheibenförmig ausgebildeter,
mittengeteilter Formwerkzeuge angeordnet, welche normal zur
Längsachse L des Rohrstücks R positioniert sind. Mittels
nicht gezeigter Stellelemente können die
Formwerkzeughälften 16a, 17a, 18a, 19a, 20a in radialer
Richtung auf das Rohrstück R zugestellt werden (Fig. 3).
Jede Formwerkzeughälfte 16a, 17a, 18a, 19a, 20a weist eine
Höhlung 16c auf, deren Form der Form der einen Hälfte der
an dem Rohrstück R jeweils zu erzeugenden Nocken N1 bzw. N2
entspricht. Zusätzlich wird ein Schieber 22 von der
Stelleinrichtung 15 getragen, der achsparallel zur
Längsachse L des Rohrstücks R verschiebbar ist und in dem
in Fig. 1 gezeigten Zustand das aus den Formwerkzeughälften
16a, 17a, 18a, 19a, 20a gebildete Paket gegen einen Anschlag 23
der Stelleinrichtung 16 drückt.
In entsprechender Weise werden in dem in Fig. 1 gezeigten
Betriebszustand Formwerkzeughälften 16b, 17b, 18b, 19b, 20b in
einer unteren Stelleinrichtung 24 der Vorrichtung 1 durch
einen Schieber 25 gegen einen Anschlag 26 der
Stelleinrichtung 24 gedrückt. Die Formwerkzeughälften
16b, 17b, 18b, 19b, 20b sind entsprechend der
Formwerkzeughälften 16a, 17a, 18a, 19a, 20a aufgebaut und
weisen Höhlungen 16d auf, welche gemeinsam mit den
jeweiligen Höhlungen 16c der Formwerkzeughälften
16a, 17a, 18a, 19a, 20a jeweils eine Hohlform für die
herzustellenden Nocken N1 oder N2 der Nockenwelle bilden.
Wie die Formwerkzeughälften 16a, 17a, 18a, 19a, 20a können auch
die Formwerkzeughälften 16b, 17b, 18b, 19b, 20b mittels nicht
dargestellter Stellelemente radial auf das Rohrstück R
zugestellt werden.
Eine erste radiale Abstützung des Rohrstücks R ist in dem
in Fig. 1 gezeigten Betriebszustand durch eine
Abstützeinrichtung 30 gebildet, welche den dem
Hydraulikzylinder 3 zugeordneten Endabschnitt Re des
Rohrstücks R radial umgreift. Zwischen der
Abstützvorrichtung 30 und der Stirnfläche der Aufnahme 2
ist bei dem in Fig. 1 gezeigten Betriebszustand ein freier
Raum 31 ausgebildet, dessen Breite der Breite B der
Formwerkzeughälften 16a, 16b entspricht.
Zur Herstellung eines ersten Nockens N1 wird das unter
Innendruck Pi stehende Rohrstück R durch
Druckbeaufschlagung der Hydraulikzylinder 3, 4 mit der in
axialer Richtung wirkenden Druckkraft Da beaufschlagt. Dies
führt zur Ausbildung einer Stauchung A im freien Raum 31
zwischen der Stirnfläche der Aufnahme 2 und der
Abstützvorrichtung 30. Durch den Innendruck Pi des Rohres R
ist die Fließrichtung des Rohrmaterials dabei derart
gerichtet, daß der Durchmesser der Stauchung A größer ist
als der des ungestauchten Rohrstücks R (Fig. 2).
Anschließend werden die Formwerkzeughälften 16a, 16b mittels
der nicht dargestellten Stellelemente in radialer Richtung
auf das Rohr R zugestellt, bis sie auf der Stauchung A
sitzen (Fig. 3). Indem dann die Zustellbewegung der
Formwerkzeughälften 16a, 16b fortgesetzt wird, zwingen die
Formwerkzeughälften 16a, 16b mit ihren Höhlungen 16c, 16d dem
gestauchten Material im Bereich des Rohrabschnitts Rs eine
Fließrichtung auf, die dazu führt, daß die Stauchung A die
durch die Höhlungen 16c, 16d gebildete Hohlform ausfüllen
(Fig. 4).
Durch eine Verschiebung der Schiebers 22, 25 in axialer
Richtung werden die Formwerkzeughälften 16a, 16b schließlich
in ihrer Endstellung verriegelt. Anschließend wird die
Aufnahme 2 in Achsrichtung zurückgezogen, so daß zwischen
den Formwerkzeughälften 16a, 16b ein neuer freier Raum 32
entsteht. Gleichzeitig bilden die Formwerkzeughälften
16a, 16b eine radiale Abstützung des Rohres in dem
Abschnitt, der an den Rohrabschnitt angrenzt, in dem der
nächste Nocken erzeugt werden soll.
In dem Raum 32 wird durch entsprechende Beaufschlagung des
Rohres R mit einer axialen Druckkraft bei unverändert
beibehaltenem Innendruck Pi eine weitere Stauchung B
erzeugt (Fig. 5). Anschließend werden die
Formwerkzeughälften 17a, 17b zugestellt und ein weiterer
Nocken in derselben Weise erzeugt, wie sie voranstehend für
den Nocken N1 beschrieben worden ist.
In entsprechender Weise werden anschließend die restlichen
Nocken der jeweils herzustellenden Nockenwelle erzeugt.
Nachdem alle Formwerkzeughälften
16a, 16b, 17a, 17b, 18a, 18b, 19a, 19b, 20a, 20b an dem Rohr
anliegen, wird der Innendruck Pi kurzfristig erhöht. Dies
führt dazu, daß das Material des Rohrs R auch in die Zonen
der Höhlungen 16c, 16d der Formwerkzeughälften 16a-20b
fließt, die es bis dahin noch nicht erreicht hat.
Die Nocken N1 einer ersten in der voranstehend
beschriebenen Weise hergestellten Nockenwelle weisen im
Bereich ihrer Nockenspitze Nx eine Wandstärke dx auf, die
mindestens genauso groß ist wie die Wandstärke dy im der
Nockenspitze Nx gegenüberliegenden Wandabschnitt Ny (Fig.
6). Dies wird durch eine geeignete Wahl der Form der
Höhlungen 16c, 16d der Formwerkzeughälften 16a-20b, durch
die Wahl der im Bereich des jeweils gestauchten Abschnitts
gesammelten Menge an Rohrmaterial und durch die Wahl des
Zeitpunkts erreicht, an dem die jeweiligen
Formwerkzeughälften 16a, 20b auf das Rohr R zugestellt
werden.
Bei der in Fig. 7 gezeigten zweiten nach dem
erfindungsgemäßen Nockenwelle W ist die Wandstärke dz im
Bereich der Nocken N2 mindestens genauso stark ausgebildet
wie die Wandstärke dw im Bereich der Abschnitte Wa, die
zwischen den Nocken N2 angeordnet sind.
Claims (17)
1. Verfahren zur Herstellung einer Welle, die mindestens eine
Auswölbung, wie ein Hublager, einen Nocken (N1, N2) oder
einen Lagerabsatz, aufweist, aus einem Rohrstück (R), bei
dem
- - das Rohrstück (R) an einem Abschnitt (Re) radial abgestützt wird, der an den Bereich der zu erzeugenden Auswölbung angrenzt,
- - das Rohrstück (R) unter Innendruck (Pi) gesetzt wird, welcher während des gesamten Formgebungsvorgangs aufrechterhalten bleibt,
- - durch eine mit dem Innendruck (Pi) zusammenwirkende Beaufschlagung des Rohrstücks mit einer in axialer Richtung wirkenden Druckkraft (Da) ein an den radial abgestützten Abschnitt (Re) angrenzender Rohrabschnitt (Rs) derart gestaucht wird, daß der Außendurchmesser dieses gestauchten Rohrabschnitts (Rs) größer ist als der Außendurchmesser des ungestauchten Rohrstücks (R),
- - anschließend ein Formwerkzeug (16a-20b) auf den gestauchten Rohrabschnitt (Rs) zugestellt wird, welches eine Höhlung (16c, 16d) aufweist, die eine der Endform der zu erzeugenden Auswölbung entsprechende Hohlform bildet, und
- - durch Aufbringen radial wirkender Druckkräfte mittels des Formwerkzeuges (16a-20b) aus dem gestauchten Rohrabschnitt (Rs) die Auswölbung geformt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch
gekennzeichnet, daß das Rohrstück (R)
während der mittels des Formwerkzeugs (16a-20b)
durchgeführten Formgebung unter Belastung durch die axiale
Druckkraft (Da) gehalten wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch
gekennzeichnet, daß zum Ende des
Formgebungsvorgangs bei an dem Rohrstück (R) anliegendem
Formwerkzeug (16a-20b) der Innendruck (Pi) des Rohrstücks
(R) erhöht wird.
4. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß an dem
Rohrstück (R) schrittweise aufeinanderfolgend mehrere
Auswölbungen erzeugt werden und daß die radiale Abstützung
durch jeweils dasjenige Formwerkzeug (16a-20b) gebildet
ist, welches zur Herstellung der jeweils zuvor erzeugten
Auswölbung verwendet worden ist.
5. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß
mehrere Auswölbungen an dem Rohrstück (R) erzeugt werden,
indem beginnend mit der Auswölbung, welche dem in
Wirkrichtung der axialen Druckkraft (Da) vorderen Ende des
Rohrstücks (R) zugeordnet ist, die Auswölbungen
schrittweise nacheinander geformt werden.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch
gekennzeichnet, daß mehrere Auswölbungen
an dem Rohrstück (R) erzeugt werden, indem das Rohrstück
(R) beidenends mit einer axial wirkenden Druckkraft (Da)
beaufschlagt wird und die Auswölbungen paarweise ausgehend
vom mittleren Paar der Auswölbungen geformt werden.
7. Vorrichtung zum Herstellen einer Welle, die mindestens eine
Auswölbung, wie ein Hublager, einen Nocken (N1, N2) oder
einen Lagerabsatz, aufweist, aus einem Rohrstück (R)
- - mit einer Abstützeinrichtung, welche dazu vorgesehen ist, das Rohrstück (R) radial umgreifend einzuspannen,
- - mit einer ersten Druckerzeugungseinrichtung (3, 4), mittels der das Rohrstück (R) in axialer Richtung mit einer Druckkraft (Da) beaufschlagbar ist,
- - mit einer zweiten Druckerzeugungseinrichtung (12), mittels der ein in den Innenraum (Ri) des Rohrstücks (R) eingeleitetes Druckmedium mit Druck beaufschlagbar ist, und
- - mit einem mindestens einmal geteilten Formwerkzeug, welches in radialer Richtung auf das Rohrstück (R) zustellbar ist und welches eine Höhlung aufweist, die eine der Endform der herzustellenden Auswölbung entsprechende Hohlform bildet.
8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch
gekennzeichnet, daß das Formwerkzeug
scheibenartig ausgebildet ist.
9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch
gekennzeichnet, daß für die Herstellung
von Wellen mit mehreren Auswölbungen mehrere Formwerkzeuge
in Achsrichtung der Vorrichtung scheibenweise nebeneinander
angeordnet sind.
10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch
gekennzeichnet, daß die Formwerkzeuge die
Abstützeinrichtung bilden.
11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 10,
dadurch gekennzeichnet, daß das
Formwerkzeug mittengeteilt ist.
12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 11,
dadurch gekennzeichnet, daß die
Teile (16a-20b) des Formwerkzeugs formschlüssig miteinander
verkoppelt sind.
13. Kaltfließgepreßte hohle Nockenwelle, dadurch
gekennzeichnet, daß die Wandstärke (dz)
der Nocken (N2) mindestens so groß ist wie die Wandstärke
(dw) des Grundmaterials (R), aus welchem die Nockenwelle
hergestellt ist.
14. Kaltfließgepreßte hohle Nockenwelle, dadurch
gekennzeichnet, daß die Wandstärke (dz)
der Nocken (N2) mindestens so groß ist wie die Wandstärke
(dw) der zwischen den Nocken (N2) liegenden Abschnitte
(Wa).
15. Kaltfließgepreßte hohle Nockenwelle, dadurch
gekennzeichnet, daß der Nocken (N1) im
Bereich seiner Nockenspitze (Nx) eine mindestens so große
Wandstärke (dx) besitzt wie im Bereich seines der
Nockenspitze (Nx) gegenüberliegenden Wandabschnitts (Ny).
16. Nockenwelle nach Anspruch 15, dadurch
gekennzeichnet, daß die Wandstärke (dx) im
Bereich der Nockenspitze (Nx) um etwa 20% größer ist als
die Wandstärke (dy) des der Nockenspitze (Nx)
gegenüberliegenden Wandabschnitts (Ny).
17. Anwendung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 6
zur Herstellung einer Nockenwelle nach einem der Ansprüche
13, 14, 15 oder 16.
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DE1997156673 DE19756673A1 (de) | 1997-12-19 | 1997-12-19 | Verfahren zur Herstellung einer Welle aus einem Rohrstück, Vorrichtung zur Herstellung einer Welle aus einem Rohrstück und aus einem Rohrstück hergestellte Nockenwelle |
DE59801194T DE59801194D1 (de) | 1997-10-20 | 1998-09-18 | Verfahren und vorrichtung zur herstellung einer welle aus einem rohrstück |
ES98950055T ES2159966T3 (es) | 1997-10-20 | 1998-09-18 | Procedimiento y dispositivo para fabricar un arbol a partir de una pieza tubular. |
US09/529,681 US6442987B1 (en) | 1997-10-20 | 1998-09-18 | Method of producing a shaft from a piece of tubing, apparatus for making a shaft from a piece of tubing and camshaft produced from a piece of tubing |
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EP98950055A EP1024913B1 (de) | 1997-10-20 | 1998-09-18 | Verfahren und vorrichtung zur herstellung einer welle aus einem rohrstück |
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