Nockenwellen werden in Verbrennungsmotoren für Kraftfahrzeuge zur Ventilsteuerung eingesetzt. Im Rahmen des technischen Fort- schrittes werden diese Verbrennungsmotoren in immer kompakterer Bauweise realisiert. Auch die Motorenfertigung, speziell die Montage, läuft hochgradig automatisiert ab, so dass hierbei zunehmend auf montagefreundliche, vomls Systemlieferanten vor- montierte Baugruppen zurückgegriffen wird. Oftmals liegen die Nockenwellen aus Platzeinsparungsgründen paarweise so nah bei- einander, dass ein direkter Zugang zu den Zylinderkopfschrauben nicht mehr möglich ist. Unter diesen Anforderungen werden spe- ziell ausgestaltete Nockenwellen benötigt, die einen Zugang für beispielsweise automatische Schrauber zu den Zylinderkopf- schrauben ermöglichen.

Für gebaute Nockenwellen, bestehend aus einem Rohr und darauf befestigten vorgefertigten Nocken, wird in der DE 20116112 Ul eine Lösung angegeben, mit der der Zugang zu den Zylinderkopf- schrauben über im Rohr eingebrachte Einbuchtungen im eingebau- ten Zustand der Nockenwelle ermöglicht wird.

Bei der Herstellung einer solchen Nockenwelle werden am Aus- gangsrohr in einem separaten Fertigungsschritt vor dem. Auf- schieben und Befestigen der Nocken die gewünschten Einbuchtun- gen durch Einpressen mehrerer in Haltewerkzeugen angeordneter Formstempel in die Rohrwand erzeugt.

Das für die Erzeugung der in Querrichtung zur Nockenwellenachse liegenden Einbuchtungen verwendete Werkzeug muss so ausgestal- tet sein, dass die beim Einpressvorgang entstehende Deformation im Rohrwandbereich nicht zu einer Vergrößerung des ursprüngli- chen Rohraußendurchmessers im angrenzenden Rohrwandbereich führt. Dies ist zwingend notwendig, damit im nachfolgenden Fertigungsschritt die vorgefertigten, mit einer dem Rohraußen- durchmesser entsprechenden Bohrung versehenen Nocken über das mit den Einbuchtungen versehene Rohr an ihre Position geschoben werden können.

Die nach diesem Verfahren hergestellte Nockenwelle hat den Nachteil, dass ein zusätzlicher kostenintensiver Fertigungs- schritt zur Herstellung der Einbuchtungen in das Nockenwellen- rohr notwendig ist und der Rohraußendurchmesser nicht verändert werden darf.

Aufgabe der Erfindung ist es deshalb, ein Verfahren zur Her- stellung von gebauten Nockenwellen sowie eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens anzugeben, mit dem in einfacher und kostengünstiger Weise Einbuchtungen an der Nockenwelle hergestellt werden können.

Diese Aufgabe wird nach dem Oberbegriff der Ansprüche 1 und 8 in Verbindung mit den kennzeichnenden Merkmalen gelöst. Vor- <BR> <BR> <BR> teilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand von Unteransprüchen.

Nach der Lehre der Erfindung wird ein Verfahren zur Herstellung einer gebauten Nockenwelle angewendete bei dem ausgehend von einem Rohr, in das mehrere parallel zur Längsachse ausgerichte- te und quer zur Längsachse liegende nicht umlaufende Einbuch- tungen eingepresst und separat vorgefertigte Nocken auf dem Rohr befestigt werden, wobei die Einpressungen der Einbuchtun- gen und die Befestigung der Nocken auf dem Rohr in einem Ar- beitsschritt erfolgen.

Die Befestigung der Nocken auf dem Rohr wird durch ein Innen- hochdruckumformen (IHU), erreicht, wobei vor Beginn oder wäh- rend des Druckaufbaus im Rohr auf einen vorgegeben Enddruck die Einpressungen der Einbuchtungen erfolgen.

In der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Durchführung des Ver- fahrens, wird ein IHU-Werkzeug, bestehend aus einem Ober-und Unterwerkzeug, mit axial verfahrbaren Dichtstempeln verwendet, bei dem im Ober-und/oder Unterwerkzeug radial zur Rohrachse und bis in den durch das geschlossene Werkzeug gebildeten Hohl- raum verfahrbare Formstempel angeordnet sind.

Durch dieses Verfahren wird einerseits ein zusätzlicher kosten- intensiver Fertigungsschritt vermieden, andererseits können die Formstempel auf einfache Weise in das vorhandene IHU-Werkzeug integriert werden, wodurch zusätzliche Werkzeugkosten sehr gering gehalten werden können.

Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens wird das Rohr vor dem Einpressen der Einbuchtungen in einem ersten Schritt mit einem vorgegebenen Stützdruck beaufschlagt, wobei nach Erreichen dieses Stützdruckes das vollständige Einpressen der Einbuchtungen erfolgt und anschließend der Innendruck bis auf den zu erreichenden Enddruck gesteigert wird.

Diese Verfahrensweise hat den Vorteil, dass wesentlich geringe- re Stempelkräfte notwendig sind, als wenn die Formstempel gegen den maximalen Enddruck verfahren werden müssen.

Andererseits ist es vorteilhaft die Formstempel nicht schon vor Aufbringen des Stützdruckes in ihre Endposition zu verfahren, um die axiale Breitung der entstehenden Deformation zu verrin- gern. Weiterhin können sich beim Einpressen der Einbuchtungen ohne Stützdruck im Rohr, unerwünschte Deformationen oder Knick- stellen ausbilden, die auch durch den maximalen Enddruck nicht mehr egalisiert werden können.

Über eine Optimierung des zu erreichenden Stützdruckes vor dem Eindringen des Formstempels in das Rohr kann somit erreicht werden, dass die axiale Breitung der entstehenden Einbuchtung verringert werden kann und unerwünschte Deformationen oder Knickstellen im Rohr vermieden werden.

Da mit dem IHU-Prozess auch gleichzeitig weitere Funktions- oder Zusatzelemente, wie z. B. Lagerringe oder Zahnräder mit dem Rohr gefügt werden, kann mit der Minimierung des notwendigen Abstandes zwischen der Einbuchtung und den Funktionsteilen die Gesamtnockenwellenlänge ebenfalls vorteilhaft minimiert werden.

Vorteilhaft sollte der maximale Stützdruck bei im Werkzeug zurückgezogenem Formstempel so gewählt werden, dass ein Aufwei- ten des Rohres in die Stempelführung hinein vermieden wird, wodurch sich sonst Einkerbungen ausbilden können, die Schwach- stellen in der Nockenwelle darstellen.

Vorteilhaft kann beim Einpressen der Einbuchtungen neben dem zur Aufrechterhaltung der Abdichtung notwendigen axialen Nach- führen der Dichtstempel ein darüber hinausgehendes axiales Nachschieben des Rohres erfolgen. Die durch den Materialfluss im Bereich der Einbuchtung verursachte Wanddickenänderung kann damit insbesondere bei den jeweils zum Rohrende nächstliegenden Einbuchtungen zur Vergleichmäßigung der Wanddicke genutzt wer- den.

Vorzugsweise wird der Enddruck so gewählt, dass das Rohr an der maßgebenden Matrizen-und Stempelkontur des IHU-Werkzeuges zur Anlage kommt.

Dabei wird der zu erreichende Stütz-und der Enddruck insbeson- dere in Abhängigkeit vom Rohrwerkstoff, der Rohrwanddicke und dem Rohrdurchmesser ausgelegt. Als günstig hat sich ein Stütz- druck im Bereich von 200 bis 1000 bar und ein Enddruck von 2000 bis 4000 bar erwiesen.

Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens kann durch entsprechende Ausbildung der Matrize erreicht wer- den, dass der der Einbuchtung radial gegenüberliegende Nocken- wellenbereich und/oder die an die Einbuchtung axial angrenzen- den Nockenwellenbereiche eine Aufweitung gegenüber dem Rohraus- gangsdurchmesser erfahren, so dass der Biegewiderstand der Nockenwelle vergrößert werden kann. Durch den vergrößerten Biegewiderstand werden somit größere Biegemomente übertragbar, als dies nach dem Stand der Technik möglich ist.

Die Größe dieser Aufweitung kann dabei vorteilhaft so variiert <BR> <BR> <BR> <BR> werden, dass die auf das Rohr aufgeschobenen und miteingeform- ten Funktions-oder Zusatzelemente durch eine Rohraufweitung unmittelbar neben den Elementen, diese gegen axiales Verschie- ben auf dem Rohr gesichert werden können.

Ein weiterer erfindungsgemäßer Vorteil ist die Möglichkeit der frei wählbaren Tiefe der Einbuchtungen. Vorteilhaft sollten die Einbuchtungen wegen der erforderlichen Biegesteifigkeit bis zur Mittelachse der Nockenwelle eingebracht werden.

Betrachtet wird im Folgenden die Schnittebene, die gebildet wird aus der Rohrlängsachse und der Formstempellängsachse. Der Formstempel der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist so gestaltet, dass beim Hineinfahren der Formstempel in das Rohr eine ge- wünschte symmetrisch konkave Einbuchtung, vorzugsweise quer zur Bauteilachse entsteht. Dazu weist die mit der Rohrwand in Kon- takt tretende Kontur des Formstempels eine entsprechend symmet- risch konvexe Krümmung auf, die in vorteilhafter Weise halb- kreisförmig ausgebildet ist.

Die entlang der Rohrachse im Werkzeug angeordneten Formstempel weisen nach einer vorteilhaften Ausgestaltung vorzugsweise unterschiedliche Konturen auf. Als günstig hat es sich erwie- sen, dass die im Bereich der Rohrenden liegenden Formstempel asymmetrisch konvex ausgebildet sind. Dazu weist die dem Rohr- ende zugewandte Seite des Formstempels einen von der konvexen Kontur ausgehenden weiteren konkav ausgebildeten Abschnitt auf.

Wahlweise kann dieser konkav ausgebildete Abschnitt auch beid- seitig vorgesehen sein.

Durch den konkav ausgebildeten Abschnitt wird erreicht, dass sich beim axialen Nachschieben des Rohres ein abgerundeter Übergang von der Einbuchtung zum Rohraußendurchmesser ein- stellt. Hierdurch werden scharfkantige Übergänge vermieden, die die Dauerfestigkeit der Nockenwelle negativ beeinflussen kön- nen.

Erfindungsgemäß kann der formerzeugende Bereich des Formstem- pels beliebig modifiziert werden, um andere Ausgestaltungen, abweichend von einer zylindrisch konkaven Einbuchtung zu erzeu- gen.

Als vorteilhaft erweist sich eine in der Einbuchtung zusätzlich eingeprägte Sicke, die vorzugsweise längs zur Bauteilachse angeordnet und auch tiefer, bis über die Mittelachse des Rohres hinaus, eingeformt werden kann. Durch diese Sicke wird er- reicht, dass der im Querschnitt recht scharfkantigen Übergang von der Einbuchtung zur angrenzenden Rohrwandung mit einem deutlich vergrößerten Radius hergestellt werden kann. Durch die Reduzierung der Kerbwirkung in diesem Bereich kann die Dauer- festigkeit signifikant verbessert werden. Der Formstempel weist zur Erzeugung einer solchen Sicke eine komplementär ausgebilde- te Konturierung der Oberfläche auf.

Weitere Merkmale, Vorteile und Einzelheiten der Erfindung erge- ben sich aus der nachfolgenden Beschreibung.

Es zeigen : Figur 1 Prinzipzeichnung eines Querschnittes durch ein geöff- netes IHU-Werkzeug mit eingefahrenen Formstempeln und eingelegtem Rohr und aufgefädelten Nockenringen ; Figur 2 Prinzipzeichnung eines Querschnittes durch ein ge- schlossenes IHU-Werkzeug mit durch Formstempel lage- fixiertem Rohr vor Aufbringen des Innendruckes ; Figur 3 Prinzipzeichnung eines Querschnittes durch ein ge- schlossenes IHU-Werkzeug am Ende des IHU-Prozesses mit Formstempeln in Endposition ; Figur 4a, b Prinzipdarstellung von erfindungsgemäßen Form- stempeln.

Figur 5 Querschnitt durch eine Nockenwelle im Bereich einer Einbuchtung mit Sicke.

Figur 1 zeigt ein Rohr 1 aus gut verformbarem Material, das in das geöffnete, aus Ober-3a und Unterwerkzeug 3b bestehende IHU-Werkzeug 3, eingelegt ist. Die Formstempel 2 sind so weit eingefahren, dass das Rohr 1 in die Matrize des IHU-Werkzeugs 3, ohne mit den Formstempeln 2 in Berührung zu kommen, einge- legt werden kann. Auf das Rohr 1 sind Funktionselemente 5 in Form von Nockenringen aufgeschoben, die mittels IHU-Verfahren mit dem Rohr 1 lagegesichert verbunden werden.

Die zur Abdichtung der Rohrenden erforderlichen Dichtstempel 4 befinden sich bereits in Position zwischen Ober 3a-und Unter- werkzeug 3b, weisen aber noch einen axialen Abstand zum jewei- ligen Rohrende auf.

Die für den Druckaufbau notwendige Fluidzuführung durch die Dichtstempel 4 ist hier nicht dargestellt.

Nach Schließen des Werkzeuges 3 kommen die Dichtstempel 4 flu- iddicht an den Rohrenden 30 zur Anlage und anschließend wird ein Rohrinnendruck bis auf einen vorgegebenen Stützdruck aufge- baut, Figur 2.

Nach dem Aufbringen des Stützdruckes werden entsprechend Figur 3, die Formstempel 2 in ihre Endposition bewegt und die Ein- buchtungen 6 am Rohr 1 erzeugt. Anschließend wird der Rohrin- nendruck bis auf den zu erreichenden Enddruck gesteigert, wobei gleichzeitig die Nockenringe 5 auf dem Rohr 1 kraft-und form- schlüssig befestigt werden. Gleichzeitig wird die der Einbuch- tung 6 radial gegenüberliegende Rohrwandung sowie die axial angrenzenden Rohrbereiche über den ursprünglichen Rohraußen- durchmesser hinaus, aufgeweitet.

In den Figuren 4a und b sind Beispiele von erfindungsgemäßen Formstempeln dargestellt.

Figur 4a zeigt einen mit einer konvex ausgebildeten Kontur versehenen Formstempel 2. Ausgehend von einer halbkreisförmigen Kontur des Formstempels 2 weist die Kontur zu einer Seite einen von der konvexen Kontur ausgehenden, weiteren konkav ausgebil- deten Abschnitt 10 auf.

Figur 4b zeigt beispielhaft einen Formstempel 2 mit einer im Scheitelpunkt der Kontur angeordneten Auswölbung 8, die beim Einpressen der Einbuchtung eine zusätzliche Sicke in Rohrlängs- richtung erzeugt.

Figur 5 zeigt einen Querschnitt durch eine Nockenwelle 1 im Bereich einer Einbuchtung 6 mit einer zusätzlich eingeprägten Sicke 11. Im Querschnitt ist der Bereich des Übergangs von der Einbuchtung zur halbkreisförmigen Rohrwand markiert. Durch das Einprägen der Sicke 11 wird erreicht, dass der ansonsten am Innen-und Außenumfang recht scharfkantige Übergang mit einem deutlich ausgebildeten Radius hergestellt werden kann.