Es ist bekannt, Nockenwellen nach dem IHU-Verfahren herzustellen, indem in ein IHU-Werkzeug die Hohlwelle und auf ihr Bauteile, das sind Nockenringe und Antriebselemente, entsprechend ihrer Funktion ein- gelegt werden. Der erzeugte Innendruck bewirkt, dass sich die Welle ausdehnt und die Bauelemente dadurch kraft-und formschlüssig mit der Welle verbunden werden (DE 199 09 184 A1 ; DE 199 32 810 A1). Die Nockenringe sowie auch andere Bauteile werden in einem ge- trennten Verfahren hergestellt und besitzen die dem späteren Einsatz entsprechenden Abmessungen und Werkstoffeigenschaften, d. h. Ver- schleißfestigkeit. Es werden in gleicher Weise auch Antriebselemente, wie z. B. Zahnräder befestigt. Durch den IHU-Prozess wird die Welle erst elastisch, dann plastisch verformt und die Bauteile sind hierdurch exakt fixiert und befestigt.

Durch den Innendruck erfolgt jedoch auch eine elastische Verformung des zu befestigenden Bauteiles, z. B. des Nockenringes. Die elastische Verformung des Nockenringes überbrückt die Fertigungstoleranzen

zwischen der Außenkontur des Nockenringes und der Innenkontur der Nockenform des IHU-Werkzeuges.

Dieses Verfahren, die Eigenschaften des Nockenringes nur auf die spä- tere Funktion abzustimmen, hat den Nachteil, dass die zulässige Ver- formung des Nockenringes überschritten werden kann, und es kommt zu einem Bruch oder zur Vorschädigung, indem ein Anriss entsteht, der später beim Einsatz der Nockenwelle zum Bruch führt. Das tritt ein, wenn der Nockenring z. B. fehlerhaft wärmebehandelt wurde. Es be- steht somit die Gefahr, dass der Schaden erst dann eintritt, wenn die Nockenwelle schon längere Zeit im Motor im Einsatz ist. Das kann in gleicher Weise auch bei im IHU-Verfahren aufgebrachte Zahnräder oder anderer Antriebselemente eintreten. Es wurde auch festgestellt, dass die erhöhte Bruchgefahr an den Stellen des Nockenringes besteht, wo dieser im IHU-Prozess besonders belastet wird ; das ist der Bereich vor und hinter der Nockenspitze, besonders in den Radienübergängen und an der Nockenspitze.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zu schaffen, welches in Anwendung des bekannten IHU-Verfahrens auf einer Hohl- welle Bauteile, inbesondere Nocken, kraft-und formschlüssig derart verbindet, dass die Nockenringe eine zulässige Restdehnung von > = 0,5 % in dem Maß besitzen, das benötigt wird, um die Dehnung des Nockenringes und die Fertigungstoleranzen im Nockenring und/oder Werkzeug infolge des Innendruckes zu überbrücken.

Dabei soll verhindert werden, dass ein Bruch oder eine Vorschädigung eintritt, die den späteren Einsatz, insbesondere im Dauer-bzw. Lang- zeitbetrieb negativ beeinflussen könnte. Das neue Verfahren soll eine Kombination an sich bekannter Verfahren sein, die wirtschaftlich sind und geringen apperativen Aufwand erfordern. Eine weitere Aufgabe

der Erfindung ist es, eine Nockenwelle zu schaffen, die kostengünstig ist, eine hohe Zuverlässigkeit aufweist und für den Dauerbetrieb in Kraftfahrzeugmotoren geeignet ist. Sie soll aus Material üblicher Quali- tät hergestellt sein. Es sind Nockenwellen herzustellen, die kaum Fol- geschäden im Motor hervorrufen können.

Erfindungsgemäß wird die das Verfahren zum Verbinden von Bauteilen mit einer Hohlwelle vorzugsweise zu einer Nockenwelle betreffende Aufgabe gemäß Anspruch 1,2 oder 3 gelöst. Vorteilhafte Ausgestal- tungen des Verfahrens sind in den Ansprüchen 4 bis 9 beschrieben.

Die die Nockenwelle betreffende Aufgabe wird mit den Merkmalen des Anspruches 10 gelöst ; weitere Ausgestaltungen sind in den Ansprü- chen 11 bis 20 beschrieben.

Erfindungsgemäß wird das bekannte IHU-Verfahren angewendet. In einem ersten Verfahrensschritt werden die Bauteile, insbesondere die Nockenringe, die mit der Welle kraft-und formschlüssig verbunden werden sollen, in ihrer funktionsbedingten Form (Kontur) hergestellt.

Dazu wird ein Werkstoff verwendet, der nach der Härtung noch eine zulässige Restdehnung von > = 0,5 % besitzt, d. h., er darf in gehärte- tem Zustand auf der Innen-und Außenseite neben seiner elastischen Verformbarkeit noch eine geringe zulässige plastische Verformbarkeit aufweisen. Am geeignetsten hierfür sind niedriglegierte Stähle z. B. Fe- derstahl (58 CrMo V4), der sowohl eine nach der Wärmebehandlung zulässige Restdehnung besitzt, aber auch sehr gute Verschleißfestig- keit im Dauerbetrieb aufweist.

Diese vorgefertigten Nockenringe oder auch anderen Bauteile werden in das IHU-Werkzeug funktionsgerecht mit der Hohlwelle eingelegt und in einem zweiten Verfahrensschritt wird durch den in der Welle erzeug-

ten Axialdruck diese Hohlwelle aufgeweitet ; dabei werden die Nocken- ringe und/oder andere Bauelemente kraft-und formschlüssig mit der Hohlwelle verbunden.

In einer zweiten Ausführungsform der Erfindung werden die Nocken- ringe oder Bauteile nach der funktionsgerechten Herstellung, d. h. der Erzeugung der äußeren Kontur der Lauffläche des Nockens und der inneren Kontur, randschichtgehärtet. Dadurch werden die äußeren ver- schleißbeanspruchten Zonen hart und elastisch verformbar und die sich infolge des Innendruckes aufweitende Innenkontur auf der der Welle zugewandten Seite des Nockenringes bleibt in gewissem Grade weich, d. h. plastisch verformbar.

Das Randschichthärten erfolgt z. B. durch Einsatzhärten, Nitrieren, In- duktionshärten oder durch Einwirkung eines Ladungsträgerstrahles.

In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung werden die beiden genannten Verfahren, Herstellung der Nockenringe aus einem Stahl, der die Voraussetzungen zum Erreichen der notwendigen Restdehnung im gehärteten Zustand besitzt, mit dem Randschichthärten der Bauteile bzw. Nockenringe in Verbindung mit dem IHU-Verfahren kombiniert.

Dabei werden die jeweils ersten Verfahrensschritte nacheinander und danach der zweite Verfahrensschritt ausgeführt.

Eine weitere Ausführungsform der Erfindung besteht darin, dass der Nockenring aus zwei Materialien zusammengesetzt ist, d. h. es ist auf einen inneren Ring aus einem weichen, plastisch verformbaren Material ein Ring aus einem harten und elastischen Material aufgebracht. Beide Ringe sind fest miteinander verbunden, was z. B. durch Einpressen oder Aufschrumpfen erfolgt. Damit besteht der Nockenring aus quasi zwei

Zonen, wie es in der vorher beschriebenen Ausführungsform durch die Randschichthärtung erreicht wird.

Diese Lösung ist noch in folgenden Varianten ausführbar, indem die Dicke des Nockenringes ungleich ist, d. h. im Bereich der Nockenspitze dicker ist. Somit kann die Dicke im Bereich der Nockenspitze dadurch erreicht werden, dass die Dicke des inneren Ringes unterschiedlich, d. h. im Bereich der Nockenspitze dicker ist, und der äußere Ring eine gleiche Dicke besitzt, oder dass der innere Ring gleiche Dicke hat und der äußere Ring unterschiedliche Dicke besitzt. Der Außenring ist im- mer hart und verschleißfest.

Es kann auch vorteilhaft sein, bei allen Ausführungsformen der Erfin- dung auf der Hohlwelle einen runden symmetrischen Ring aus einem weichen Material, zweckmäßig wie das der Hohlwelle oder noch wei- cher, gleicher Dicke aufzubringen und auf diesem den in seiner Kontur funktionsgerecht geformten Nockenring aufzubringen, so dass im IHU- Prozess der runde innere Ring mit der Hohlwelle gemeinsam soweit verformt wird, bis die innere Kontur des äußeren Ringes, dem Nocken- ring erreicht ist. Durch den IHU-Prozess werden somit die Hohlwelle, der auf ihr aufgebrachte runde Ring und der darüber befindliche Nok- kenring kraft-und formschlüssig verbunden. Der äußere Ring besteht aus einem harten Material, dessen zulässige Restdehnung > = 0,5 % beträgt, er darf neben seiner elastischen nur eine geringe zulässige pla- stische Verformbarkeit aufweisen. Es ist aber auch möglich, den äuße- ren Ring randschichtzuhärten.

Überraschenderweise wurde gefunden, dass die Mängel am Stand der Technik dadurch zu beseitigen sind, dass die erfindungsgemäß herge- stellten bzw. behandelten Nockenringe die Eigenschaft besitzen, dass

sich infolge des maximalen Innendruckes, der beim IHU-Verfahren auf- tritt, aufbauende Spannungszustände im Nockenring niedriger sind als bei den bekannten durchgehärteten Nockenringen oder denen, die aus einem Werkstoff bestehen, der durchgehend diese Härte aufweist.

Bei der Herstellung der Nockenringe wird durch die entsprechende Ma- terialauswahl einschließlich des Härtens und dem Wärmebehandeln durch Randschichthärten, bei welcher zusätzlich Druckeigenspannun- gen in der gehärteten Schicht entstehen, der Schädigungsmechanis- mus noch weiter unterdrückt ; die Nockenringe oder auch andere nach dem Verfahren hergestellte Bauteile halten dann wesentlich höheren Beanspruchungen stand.

Erfindungswesentlich für alle Ausführungsformen des Verfahrens ist, dass der Nockenring in seiner Materialdicke unterschiedliche Materia- leigenschaften besitzt. Die obere Schicht, das ist die mechanisch im Betrieb beanspruchte, muss hart und elastisch verformbar sein und die darunter liegende Schicht plastisch und elastisch verformbar. Damit ist erreicht, dass selbst im Schädigungsfall keine durchgehenden Risse auftreten können, sondern im Ausnahmefall nur lokale Schädigungen.

Diese Abplatzungen können niemals zur plötzlichen Zerstörung eines Motors führen.

Die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellte Nockenwelle, die aus einer im IHU-Verfahren aufgeweiteten Hohlwelle besteht, auf welcher Nockenringe und auch andere Bauteile, wie Zahnräder oder Kupplungs-und Antriebelemente, aufgebracht sind, ist mit den Nok- kenringen und auch anderen Bauteilen kraft-und formschlüssig zu- sammengesetzt, wobei die Nockenringe aus einem Material bestehen, das nach einer Härtung neben der elastischen Verformbarkeit noch ei-

ne geringfügig zulässige plastische Verformbarkeit aufweist bei harter und verschleißfester Oberfläche.

In einer zweiten Ausführungsform ist die Oberfläche des Nockenringes in einer definierten Dicke randschichtgehärtet. Dadurch ist die obere Schicht elastisch verformbar und die darunter liegende Schicht pla- stisch verformbar. Beide Ausführungsformen bezüglich der Herstellung des Nockenringes können auch vorteilhafterweise vereinigt sein, um noch bessere Gebrauchseigenschaften zu erzielen.

Schließlich besteht noch eine weitere Ausführungsform darin, dass die nach den erstgenannten Verfahren erzeugte harte und elastisch ver- formbare Oberschicht des Nockenringes dadurch erreicht wird, dass er aus zwei Materalien, hart-elastisch und weich-plastisch verform- bar, zusammengesetzt ist. Diese Verbindung der beiden Ringe erfolgt zweckmäßig vor dem Einlegen in eine IHU-Presse.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Nockenwelle besteht noch darin, dass die Dicke der Nockenringe unterschiedlich ist, indem der Bereich der Nockenspitze dicker ist. Der durch Randschichthärten behandelte Bereich der Materialdicke bleibt über dem gesamten Umfang des Nok- kenringes in seiner Dicke gleich.

Das erfindungsgemäße Verfahren ist auch für andere Anwendungen bzw. die Herstellung anderer Erzeugnisse verwendbar, und zwar immer dann, wenn durch ein IHU-Verfahren auf einem dünnwandigen Rohr, welches nicht unbedingt rund sein muss, Bauteile oder Elemente kraft- und formschlüssig befestigt werden müssen.

An einem Anwendungsbeispiel wird eine erfindungsgemäß hergestellte Nockenwelle beschrieben.

In der zugehörigen Zeichnung zeigen : Fig. 1 : einen Querschnitt durch eine Nockenwelle im Bereich eines Nok- kens gleicher Wanddicke, Fig. 2 : einen Längsschnitt durch eine Nockenwelle, Fig. 3 : einen Querschnitt durch eine Nockenwelle im Bereich eines Nok- kens aus zwei Materalien und unterschiedlicher Wanddicke.

In Fig. 1 und 2 werden in einem getrennten bekannten mechanischen Verfahren die Nockenringe 1 mit ihrer funktionsbedingten Kontur her- gestellt. Es wird als Material 58 CrMoV6 verwendet. Danach werden die Nockenringe 1 in bekannter Weise randschichtgehärtet. Dieser Här- tevorgang wird derart gesteuert, dass in einer Tiefe T eine gehärtete Schicht 2 entsteht, die elastisch verformbar ist und eine geringe plasti- sche Verformung noch zulässt. Der unter der Schicht 2 befindliche Be- reich 3 bleibt ungehärtet, d. h. er ist sowohl plastisch als auch elastisch verformbar. Der Nockenring 1 ist durch das bekannte IHU-Verfahren auf einer Hohlwelle 4 kraft-und formschlüssig aufgebracht. Die Hohl- welle 4, ursprünglich ein rotationssymmetrisches Rohr, besteht aus einem Material, das plastisch verformbar ist.

Der Bereich, in dem nach dem Verfahren gemäß dem Stand der Tech- nik Mängel durch Rissbildung auftraten, ist mit 5 bezeichnet und durch das erfindungsgemäße Verfahren beseitigt.

In Fig. 3 bestehen die Nockenringe 2 aus einem unmittelbar auf der Hohlwelle 4 aufgebrachten inneren Ring 6, der aus einem weichen, plastisch verformbaren Material besteht. Er ist im Bereich der Nocken- spitze 7 wesentlich dicker als in seinem übrigen Bereich. Auf diesem Ring 6 ist ein vorhandener Ring 8 mit gleicher Dicke, aus einem harten, elastisch verformbaren Material aufgebracht. Seine äußere Kontur ist der Funktion entsprechend ausgebildet.

Die beiden Ringe 6 und 8 werden vor dem Einlegen in das IHU- Werkzeug kraft-und formschlüssig, beispielsweise durch Auf- schrumpfen, miteinander verbunden.