DE19831333A1

DE19831333A1 - Verfahren zum Befestigen von Bauteilen auf einer Hohlwelle

Info

Publication number: DE19831333A1
Application number: DE19831333A
Authority: DE
Inventors: Manfred Vogel
Original assignee: Erich Neumayer GmbH and Co KG
Current assignee: Neumayer Tekfor Holding GmbH
Priority date: 1998-07-13
Filing date: 1998-07-13
Publication date: 2000-01-27
Also published as: US6286196B1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Befestigung von Bauteilen auf einer Hohlwelle (1), bei dem die jeweils eine Öffnung aufweisenden Bauteile (21, 22, 23) auf der Hohlwelle (1) in vorgegebene Lagen gebracht werden und die Hohlwelle (1) zur Befestigung der Bauteile (21, 22, 23) durch Einbringen eines Druckmediums aufgeweitet wird. Es werden Abstützmatrizen (3) nur zwischen den Bauteilen (21, 22, 23) zur Abstützung der Bereiche der Hohlwelle (1) zwischen den Bauteilen (21, 22, 23) während der Aufweitoperation angeordnet.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Befe stigen von Bauteilen auf einer Hohlwelle, insbesondere zur Herstellung einer gebauten Nockenwelle, nach dem Oberbe griff des Patentanspruches 1.

Aus der EP 0257175 B1 geht ein Verfahren zur Herstellung einer gebauten Nockenwelle hervor, bei dem Bauteile auf dem Aussenumfang eines Rohres dadurch befestigt werden, daß in das Rohr ein Aufweitdorn eingebracht wird, auf dessen Man telfläche mindestens zwei Dichtringpaare angeordnet sind, wobei der Abstand zwischen den beiden Dichtringen jedes Dichtringpaares der axialen Erstreckung der jeweiligen Be festigungsstelle für ein Bauteil entspricht. Die Dichtring paare sind auf dem Aufweitdorn entsprechend der Beabstan dung der Bauteile auf dem Rohr voneinander beabstandet. Je des Dichtringpaar bildet zwischen seinen beiden Dichtringen einen Aufweitraum, der über einen Verbindungskanal mit ei nem zentralen Druckkanal des Aufweitdornes in Verbindung steht. Beim Einführen eines Druckmittels in den zentralen Druckkanal erfolgt somit jeweils zwischen den Dichtringen eine Dichtringpaares ein gezieltes Aufweiten des Rohres zur Befestigung der Bauteile. Problematisch ist bei diesem Ver fahren, daß zum einen der Aufweitdorn kompliziert aufgebaut und zum anderen auch vergleichsweise schwer zu handhaben ist, weil er genau zu den Befestigungsstellen ausgerichtet werden muß.

In der EP 0257175 B1 ist auch ein Verfahren beschrieben, bei dem gemäß Fig. 1 die Verwendung eines Aufweitdornes dadurch vermieden werden kann, daß das Rohr in den zentra len Hohlraum einer Matrize eingelegt wird, die aus zwei Ma trizenhälften besteht, die miteinander verklammert werden können. Vor dem Einlegen des Rohres in die Matrize werden die Bauteile auf diesem angeordnet. Zur Aufnahme dieser Bauteile enthält die Matrize entsprechende Aussparungen. Die Bauteile werden erwärmt und/oder das Rohr abgekühlt, so daß eine Temperaturdifferenz erzeugt wird, durch die gleichzeitig zur Befestigung der Bauteile durch hydrauli sches Aufweiten des gesamten Rohres durch den statt finden den Temperaturausgleich ein zusätzliches Aufschrumpfen der Bauteile auf dem Rohr erfolgt. Es ist ohne weiteres erkenn bar, daß auch ein solches Verfahren relativ aufwendig und daher kostenintensiv ist, weil zum einen die Matrize wegen der Notwendigkeit der Anordnung der Aussparungen zur Auf nahme der Bauteile kompliziert ist und zum anderen auch die Erzeugung der verschiedenen Temperaturen am Rohr bzw. an den Bauteilen umständlich und aufwendig ist. Zur Befesti gung ist das Zusammenspiel zwischen dem Aufweiten des Roh res derart, daß es im Bereich der Bauteile zur Anlage an den Innenflächen derselben gelangt und dem Aufschrumpfen der erhitzten Bauteile auf den derart verformten Rohrberei chen erforderlich.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Verfahren zur Befestigung von Bauteilen auf einer Hohlwelle anzugeben, durch das eine einerseits zuverlässige Befesti gung der Bauteile ermöglicht wird und das andererseits ver gleichsweise einfach und kostensparend ist.

Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruches 1 gelöst.

Der wesentliche Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht darin, daß auf einer Hohlwelle Bauteile relativ einfach und kostengünstig befestigbar sind, ohne daß aufwendige Matri zen und zusätzlich kostenverursachende Aufschrumpfverfah ren, die ein Erhitzen der Bauteile und/oder eine Abkühlung der Hohlwelle erfordern, notwendig sind.

Ein wesentlicher Vorteil einer besonderen Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, daß durch eine spezielle Ausgestaltung der Abstützmatrizen gleichzeitig mit der Befestigung der Bauteile auf der Hohlwelle eine La gerstelle zwischen zwei benachbarten Bauteilen außerhalb der Mantelfläche der Hohlwelle herstellbar ist. Dabei kön nen vorteilhafterweise Nachteile im Hinblick auf die Fe stigkeit der Hohlwelle vermieden werden, die bei der Her stellung einer solchen Lagerstelle direkt an der Mantelflä che der Hohlwelle durch spanabhebende Operationen oder durch Schleifen entstehen.

Im folgenden werden die Erfindungen und deren Ausgestaltun gen im Zusammenhang mit den Figuren näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine Darstellung zur Erläuterung des erfindungsge mäßen Verfahrens;

Fig. 2 den bevorzugten Aufbau einer Abstützmatrize und

Fig. 3 eine Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfah rens.

Zu der Erfindung führten die folgenden Überlegungen. Die bekannte Herstellung einer gebauten Nockenwelle, bei der die gesamte, vormontierte Nockenwelle in einer speziell ausgebildeten Matrize angeordnet und nachfolgend unter An wendung eines hydraulischen Drucks im Bereich der vormon tierten Bauteile aufgeweitet wird, wobei gleichzeitig die Bauteile erhitzt und/oder die Hohlwelle abgekühlt wird, um zusätzlich zur Befestigung durch die Aufweitung der Hohl welle im Bereich der Bauteile eine weitere Haltekraft durch das Aufschrumpfen der Bauteile auf der Hohlwelle beim Tem peraturausgleich zu erzielen, ist problematisch, weil die Herstellung der erforderlichen speziellen Matrize, die die gesamte vormontierte Nockenwelle aufnehmen muß, sehr auf wendig ist, weil die vormontierten Nocken auf der Hohlwelle gegeneinander in Umfangsrichtung versetzt sind. Ein solcher Versatz ist daher in der Matrize auch für die die aufzuneh menden Bauteile vorzusehenen Aussparungen erforderlich. Das Erhitzen der Bauteile und/oder das Abkühlen der Hohlwelle ist mit weiteren kostenintensiven und aufwendigen Operatio nen verbunden. Im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfin dung wurde nun erstmals erkannt, daß es ausreichend ist, beim hydraulischen Aufweiten der gesamten Hohlwelle Ab stützmatrizen nur in den Bereichen zwischen zwei benachbar ten Bauteilen vorzusehen. Dies hat den Vorteil, daß die Ab stützmatrize äußerst einfach aufgebaut sein kann, da sie überhaupt keine Aussparungen zur Aufnahme von Bauteilen aufweisen muß. Zusätzlich zur Abstützmatrize müssen ledig lich Halteeinrichtungen vorgesehen werden, die die einzel nen Bauteile in der Umfangsrichtung in vorgegebenen Lagen fixieren. Bei der Realisierung dieses Verfahrens hat es sich herausgestellt, daß eine Verstärkung der Aufschrump fung durch Erhitzen und/oder Abkühlen nicht erforderlich ist.

In der Fig. 1 ist eine Hohlwelle mit 1 bezeichnet. Auf dieser Hohlwelle 1 befinden sich voneinander in der Längs richtung der Hohlwelle 1 beabstandet Bauteile 21, 22, 23. Insbesondere handelt es sich bei der Hohlwelle 1 um eine Nockenwelle und bei den Bauteilen 21, 22, 23 um Nocken, die gegeneinander in der Umfangsrichtung um vorgegebene Winkel versetzt sind. Die eigentlichen Nockenflächen der Bauteile 21, 22 und 23 sind mit 21', 22', 23' bezeichnet.

Zur Befestigung der Bauteile 21, 22, 23 auf der Hohlwelle 1 wird wie folgt vorgegangen. Zunächst werden die Bauteile 21, 22, 23 auf die Hohlwelle 1 aufgeschoben und in vorgege bene axiale Lagen der Hohlwelle 1 gebracht. Anschließend werden in die Zwischenräume zwischen den Bauteilen 21, 22 bzw. 22, 23 Matrizen 3 eingebracht, die die Mantelfläche der Hohlwelle 1 in den Bereichen zwischen den Bauteilen ab stützen. Beispielsweise besteht jede Abstützmatrize 3 gemäß Fig. 2 aus zwei Matrizenteilen 31, 32, die im aneinander gesetzten Zustand eine kreisförmige Öffnung 33 umschließen, deren Durchmesser vorzugsweise so bemessen ist, daß die In nenwandung der Öffnung 33 an der Außenfläche der Hohlwelle 1 anliegt. Für bestimmte Anwendungsfälle kann es auch sinn voll sein, daß zwischen der Innenwandung und der Außenflä che ein vorgegebenes Spiel vorhanden ist. Die Länge der Ab stützmatrize 3 ist vorzugsweise so bemessen, daß sie den überwiegenden Teil des Zwischenraumes im wesentlichen ab stützt. Es ist auch denkbar, die Matrize 3 anstatt aus zwei Hälften 31, 32 aus mehreren Matrizenteilen zur Bildung der Öffnung 33 zusammenzusetzen.

Nachdem die Bauteile 21, 22, 23 in der Umfangsrichtung je weils in die vorgegebenen Lagen gebracht worden sind und in diesen Lagen gehalten werden, wird die Hohlwelle 1 an bei den Enden verschlossen, was an einem Ende durch einen Ver schlußstopfen erfolgen kann, wie dies schematisch durch das Bezugszeichen 5 dargestellt ist. Am anderen Ende wird bei spielsweise ein Anschlußstück 6 angebracht, durch dessen Kanal 61 ein Druckmittel in die Hohlwelle 1 eingebracht wird, wie dies durch das Bezugszeichen 4 angezeigt ist. Dies hat zur Folge, daß sich die Hohlwelle 1 im Bereich der Bauteile 21, 22, 23 aufweitet, wodurch eine feste Verbin dung zwischen den Bauteilen 21, 22, 23 und der Hohlwelle 1 hergestellt wird. Durch die Abstützmatrizen 3 ist dafür Sorge getragen, daß eine bleibende Aufweitung der Hohlwelle 1 im Bereich zwischen den Bauteilen 21, 22, 23 nicht erfol gen kann bzw. daß diese Aufweitung in einer vorgegebenen Weise begrenzt wird. Auf diese Weise werden unerwünschte Verformungen der Hohlwelle vermieden.

Zwischen den jeweiligen Außenseiten der äußeren Bauteile 21, 23 und den Enden der Hohlwelle 1 werden vorzugsweise ebenfalls Abstützmatrizen 3 angeordnet.

In der Fig. 3 ist eine Ausführungsform dargestellt, bei der besonders vorteilhaft durch eine spezielle Ausgestal tung der Matrizen 3 gleichzeitig mit der Befestigung der Bauteile 21, 22, 23 auf der Hohlwelle 1 eine Lagerstelle im Bereich zwischen zwei Bauteilen 21, 22 bzw. 22, 23 erzeugt wird. Zu diesem Zweck weisen die Innenflächen der Öffnungen 33 der Abstützmatrizen 3 Umfangsvertiefungen 34 auf, die es beim Aufweitprozeß ermöglichen, daß die Hohlwelle 1 im Be reich dieser Umfangsvertiefungen 34 der Matrizen 3 aufge weitet wird, so daß in diesem Bereich auf der Hohlwelle 3 ein erhöhter Lagerbund 11 entsteht, der nach der Befesti gung der Bauteile 21, 22, 23 auf der Hohlwelle 1 und der Entnahme derselben aus den Matrizen 3 durch Spanabhebung oder Schleifen in einer äußerst einfachen Weise 50 bearbei tet werden kann, daß eine glatte zentrische Lagerfläche zur Anordnung von Lagerringen zur Lagerung der Hohlwelle 1 ent steht. Die Herstellung der Lagerstellen auf diese Weise hat den Vorteil, daß es bei der spanabhebenden Herstellung der Lagerstellen oder bei der Herstellung derselben durch Schleifen nicht erforderlich ist, mit einem Werkzeug, wie z. B. einem Drehstahl oder einem Schleifmittel direkt in die Mantelfläche Hohlwelle einzudringen, um dort eine zen trische Lagerstelle herzustellen. Ein solches Ansetzen ei nes Werkstückes direkt an der Oberfläche der Hohlwelle wür de in dieser Kerben erzeugen, die schädliche Auswirkungen auf die Festigkeit und z. B. auch auf das Biegeverhalten der Hohlwelle hätten.

Besonders bevorzugt können die bereits erwähnten Halteein richtungen, die die Bauteile 21, 22, 23 in der Umfangsrich tung justieren, durch Justier- und Fixierstifte 7 gebildet werden, die in entsprechende axiale Bohrungen 8 der den Bauteilen zugewandten Seiten der Abstützmatrizen 3 einge steckt werden, derart, daß zwischen wenigstens zwei Stiften 7 ein exzentrischer Bereich 21', 22' bzw. 23' der Bauteile 21, 22, 23 gehalten wird.

Es ist gemäß Fig. 1 auch denkbar, daß die Halteeinrichtun gen Justier- und Fixiereinrichtungen 7' sind, die von den Abstützmatrizen 3 unabhängig und von außen in die Zwischen räume jeweils zweier benachbarter Abstützmatrizen 3 ein führbar sind, um die exzentrischen Bereiche 21', 22' bzw. 23' der Bauteile 21, 22 bzw. 23 in der Umfangsrichtung zu justieren und zu fixieren. Beispielsweise können solche Ju stier- und Fixiereinrichtungen 7' gabelförmige Teile sein, die die exzentrischen Bereiche 21', 22', 23' außenseitig umgreifen, wenn sich diese in den vorgegebenen Positionen befinden.

Claims

1. Verfahren zur Befestigung von Bauteilen auf einer Hohl welle (1), bei dem die jeweils eine Öffnung aufweisen den Bauteile (21, 22, 23) auf der Hohlwelle (1) in vor gegebene Lagen gebracht werden und die Hohlwelle (1) zur Befestigung der Bauteile (21, 22, 23) durch Ein bringen eines Druckmediums aufgeweitet wird, dadurch gekennzeichnet, daß Abstützmatrizen (3) nur zwischen den Bauteilen (21, 22, 23) zur Abstützung der Bereiche der Hohlwelle (1) zwischen den Bauteilen (21, 22, 23) während der Aufweitoperation angeordnet werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Abstützmatrizen (3) zusätzlich auch zwischen den je weiligen Endbereichen der Hohlwelle (1) und den äußeren Bauteilen (21, 23) angeordnet werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeich net, daß die Länge der Abstützmatrizen (3) so bemessen ist, daß sie den überwiegenden Teil des Bereiches zwi schen zwei Bauteilen (21, 22, 23) abstützen.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch ge kennzeichnet, daß die Abstützmatrizen (3) aus mehreren Matrizenteilen (31, 32) zusammengesetzt sind, die im aneinandergesetzten Zustand eine kreisförmige Öffnung (33) umschließen, deren Durchmesser so bemessen ist, daß die Innenwandung der Öffnung (33) an der Außenflä che der Hohlwelle (1) anliegt oder daß ein vorgegebenes Spiel zwischen den Innenwandungen und der Außenfläche besteht.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Abstützmatrizen (3) aus zwei Halbteilen (31, 32) bestehen.

6. Verfahren nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeich net, daß die Abstützmatrizen zur Herstellung von La gerstellen in Bereichen zwischen den Bauteilen (21, 22, 23) an den Innenflächen der Öffnungen (33) Umfangsver tiefungen (34) aufweisen, die eine Aufweitung der Hohl welle (1) im Bereich der Umfangsvertiefungen (34) er möglichen.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß zur Herstellung eines erhöhten Lagerbundes (11) die in den Umfangsvertiefungen (34) der Abstützmatrizen (3) erzeugten Aufweitungen durch eine spanabhebende Bear beitung oder durch Schleifen zur Erzeugung einer glat ten zentrischen Lagerfläche bearbeitet werden.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch ge kennzeichnet, daß Abstützmatrizen (3) an den Bauteilen (21, 22, 23) zugewandten Seiten Justier- und Fixierein richtungen (7) zur Fixierung der in den Lagen befindli chen Bauteile (21, 22, 23) in der Umfangsrichtung in vorgegebenen Positionen aufweisen.

9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Justier- und Fixiereinrichtungen (7) die Form von Stiften aufweisen, die in axialen Bohrungen (8) der den Bauteilen zugewandten Seiten der Abstützmatrizen (3) eingesteckt sind und in den vorgegebenen Positionen ex zentrische Bereiche (21', 22', 23') der Bauteile (21, 22, 23) außenseitig übergreifen.

10. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Justier- und Fixiereinrichtungen (7') von den Ab stützmatrizen (3) unabhängig und von außen in die Zwi schenräume zwischen jeweils zwei benachbarte Abstützma trizen (3) einführbar sind.