B e s c h r e i b u n g

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer einsatzbereiten Nockenwelle zur Steuerung von Ventilen einer Brennkraftmaschine, mit einer Trägerwelle, an der eine Endkomponente, beispielsweise ein Antriebsrad, ein Phasensteiler oder ein Teil eines Phasenstellers, angeordnet ist, und mit mehreren Nockenelementen, die positionsfest auf der Trägerwelle aufgebracht sind.

STAND DER TECHNIK

Ein Verfahren zur Herstellung einer einsatzbereiten Nockenwelle ist beispielsweise aus der WO 2012/031 770 A1 bekannt, wobei zum Fügen von Nockenelementen auf der Trägerwelle ein Abkühlen der Trägerwelle und ein Aufheizen der Nockenelemente vorgesehen ist, um die Trägerwelle durch die Bohrungen der Nockenwelle hindurchschieben zu können. Anschließend soll die Trägerwelle wieder erwärmt werden und die Nockenelemente werden wieder abgekühlt. Dadurch werden die Nockenelemente auf der Trägerwelle mit einer Presspassung gesichert, die sich durch die thermischen Formänderungen ergibt. Das Aufheizen und das anschließende Abkühlen ist jedoch nachteilhaft und erfordert einen hohen Werkzeugaufwand und wird insbesondere dann angewendet, wenn eine durchgehende, nicht offenbare Lagergasse beispielsweise in einem Nockenwellenmodul zur Anordnung auf dem Zylinderkopf einer Brennkraftmaschine vorgesehen ist, durch die die Trägerwelle hindurchgeschoben werden muss. Häufig ist ein weiterer Bearbeitungsschritt erforderlich, um die Nockenelemente auf der Trägerwelle auszurichten, der ebenfalls vermieden werden soll.

Die DE 37 17 190 A1 zeigt ein Grundprinzip eines Verfahrens, Nockenelemente auf vorbereitete Nockensetzstellen aufzubringen, die auf der Außenoberfläche einer Trägerwelle eingebracht sind. Die Nockensetzstellen bilden Abschnitte, die gegenüber den nicht die Nockensetzstellen bildenden Abschnitten der Trägerwelle einen vergrößerten Durchmesser aufweisen. Dabei wird vorgeschlagen, die Nockenelemente unter plastischer Verformung in der Nabenverbindung auf die Nockensetzstellen aufzuschieben. Die Nockensetzstellen werden dabei durch einen Rolliervorgang oder einen Walzvorgang erzeugt, und können beispielsweise eine umlaufende Rillenstruktur bilden. Die aufgeweiteten Bereiche zur Bildung der Nockensetzstellen sollen mit einem Dornwerkzeug hergestellt werden, wodurch eine nur geringe Genauigkeit erzeugt werden kann. Um eine einsatzbereite Nockenwelle herzustellen, müssen die aus einem Sintermaterial hergestellten Nockenelemente anschließend endbearbeitet werden, beispielsweise durch ein Schleif- und/oder Polierverfahren.

Häufig weisen Nockenwellen Endkomponenten auf, beispielsweise in Form eines Antriebsrades für ein Zugmittel, also beispielsweise ein Kettenrad, ein Riemenrad oder ein Anschlussflansch für ein Riemenrad. Die Endkomponente kann an der Trägerwelle befestigt werden und kann beispielsweise auch einen Phasensteiler oder wenigstens einen Teil eines Phasenstellers bilden. Derartige Endkomponenten müssen zur Trägerwelle genau ausgerichtet werden, und es sind häufig mehrere spanende Bearbeitungsschritte in verschiedenen Aufspannungen notwendig, um die Endkomponente und die Trägerwelle insbesondere frei von Lage- und Rundlauffehlern zueinander bereitzustellen.

OFFENBARUNG DER ERFINDUNG

Aufgabe der Erfindung ist die Weiterbildung eines Verfahrens zur Herstellung einer einsatzbereiten Nockenwelle, das ohne thermische Fügeschritte auskommt und die Bereitstellung einer einsatzbereiten Nockenwelle soll möglichst mit wenigen Schritten einfach möglich sein.

Diese Aufgabe wird ausgehend von einem Verfahren zur Herstellung einer einsatzbereiten Nockenwelle gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 in Verbindung mit den kennzeichnenden Merkmalen gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.

Zur Lösung der Aufgabe weist das Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung wenigstens die folgenden Schritte auf: a) Bereitstellen der Trägerwelle und der Endkomponente,

b) Fügen der Endkomponente an die Trägerwelle,

c) einsatzfertiges Schleifen wenigstens der Trägerwelle zur Ausbildung von Nockensetzstellen,

d) Einbringen eines Oberflächenprofils in eine ersten Nockensetzstelle, e) Bereitstellen eines Nockenelementes mit einsatzfertigen Eigenschaften, f) Setzen des Nockenelementes auf die mit dem Oberflächenprofil versehene Nockensetzstelle und

g) Wiederholung der Schritte d) bis f) mit einer Häufigkeit gemäß einer geforderten Anzahl von Nockenelementen.

Durch die Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens kann auf einfache Weise eine einsatzbereite Nockenwelle hergestellt werden, die ohne thermische Fügeverfahren auskommt. Insbesondere können Nockenelemente bereitgestellt werden, die bereits endbearbeitet sind. Durch das einsatzfertige Schleifen wenigstens der Trägerwelle, jedoch auch der Endkomponente, kann der Vorteil erreicht werden, beispielsweise auch Lagerstellen auf der Trägerwelle bereits durch die Schleifbearbeitung so zu bearbeiten, dass die mit den Schritten d) bis f) hergestellte Nockenwelle mit einer entsprechenden Anzahl von Nockenelementen keiner weiteren Bearbeitung zugeführt werden muss. Nachdem das letzte Nockenelement auf die letzte Nockensetzstelle aufgebracht ist, kann die Nockenwelle einsatzbereit zur Verfügung gestellt werden, zum Beispiel zum Einbau in einen Zylinderkopf oder in ein Haubenmodul. Nicht aufgeführt ist das Fügen von Distanzelementen, Lagerringen und dergleichen, das wie auch bei den Nockenelementen mit den Schritten d) bis f) vorgesehen werden kann.

Insbesondere eignet sich der Schritt c) zur einsatzfertigen Bearbeitung, insbesondere einer Schleifbearbeitung, der Endkomponente. Dadurch, dass die Endkomponente vor dem einsatzfertigen Schleifen mit der Trägerwelle gefügt wurde, kann in einer Aufspannung, beispielsweise in einer Schleifanlage, die Trägerwelle und gleichzeitig auch die Endkomponente durch eine Schleifbearbeitung im Verbund einsatzfertig endbearbeitet werden. Das Schleifen der Trägerwelle kann eine Bearbeitung der Nockensetzstellen und eine Endbearbeitung von auf der Trägerwelle ausgebildeten Lagerstellen umfassen, die zwischen den oder benachbart zu den Nockensetzstellen ausgebildet sind. Insbesondere kann das einsatzfertige Schleifen der Trägerwelle und insbesondere der Endkomponente auf einer Schleifanlage ausgeführt werden, wobei anschließend der Verbund aus der geschliffenen Trägerwelle und der Endkomponente überführt werden kann in eine Nockensetzanlage, und mittels der Nockensetzanlage kann wenigstens das Einbringen des Oberflächenprofils und das Setzen des Nockenelementes erfolgen. Das Einbringen des Oberflächenprofils kann beispielsweise mit einem Rollierwerkzeug vorgenommen werden. Dadurch, dass die Nockensetzstellen durch eine Schleifbearbeitung vorbereitet wurden, kann durch eine entsprechend genaue Herstellung des Oberflächenprofils ein Aufsetzen der Nockenelemente so genau erfolgen, dass keine Endbearbeitung mehr erfolgen muss, beispielsweise durch einen abschließenden Schleif- und/oder Polierschritt. Durch das Schleifbearbeiten der Nockensetzstellen und das gezielte Herstellen eines Oberflächenprofils mit einem Rollierwerkzeug können folglich Nockenelemente bereitgestellt werden, die bereits endbearbeitet sind.

Für das Einbringen des Oberflächenprofils und für das Setzen des Nockenelementes auf einer Nockensetzanlage kann die Endkomponente in der Nockensetzanlage eingespannt werden und es kann vorgesehen werden, dass die Trägerwelle auf einer der Endkomponente gegenüberliegenden Seite mit einer Gegenspitze eingespannt wird.

Die Nockenelemente können für das Bereitstellen und das Setzen auf die mit dem Oberflächenprofil versehenen Nockensetzstellen über die Gegenspitze geführt und dadurch einfach auf die Trägerwelle aufgefädelt werden, sodass die Gegenspitze während des Fügeverfahrens aller Nockenelemente in Anordnung an der Trägerwelle verbleiben kann. Dadurch vereinfacht sich das Verfahren des Setzens der Nockenelemente auf die Nockensetzstellen erheblich. Die Gegenspitze kann hierfür einen Durchmesser aufweisen, der kleiner ist als die Bohrungen in den Nockenelementen.

Dadurch, dass erst vor jedem Aufsetzvorgang eines Nockenelementes eine Nockensetzstelle oberflächenbearbeitet wird, wird der Vorteil erreicht, dass die Nockenelemente kraftlos und insbesondere kontaktfrei über die vorgelagerten Nockensetzstellen geführt werden können. Das Einbringen des Oberflächenprofils erfolgt dabei an einer ersten Nockensetzstelle, die beispielsweise der Endkomponente an der Trägerwelle zugewandt ist. Über das freie Ende der Trägerwelle, an dem die Gegenspitze angesetzt ist, kann das Nockenelement auf die Trägerwelle aufgefädelt werden, ohne dass das Nockenelement über die nicht oberflächenbearbeiteten Nockensetzstellen gedrückt werden muss. Erst vor dem Aufsetzen des Nockenelementes auf die zugeordnete Nockensetzstelle greift das Rollierwerkzeug in die Nockensetzstelle ein und erzeugt das Oberflächenprofil, sodass das Nockenelement haltend auf die Nockensetzstelle mit dem Oberflächenprofil aufgebracht und insbesondere angepresst werden kann.

Der besondere Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens liegt darin, dass zum Bereitstellen der Nockenelemente mit einsatzfertigen Eigenschaften die Nockenelemente vor dem Setzen auf die Trägerwelle auf Endmaß geschliffen und/oder oberflächenbearbeitet werden können und insbesondere eine rotatorische Ausrichtung aufweisen können, die der späteren Ausrichtung auf der Trägerwelle entspricht. Nur äußerst selten kann es dabei notwendig sein, dass dann, wenn die Wiederholgenauigkeit des Rollierdurchmessers nicht ausreicht, eine elektromechanische Achse oder ein Kalibrierwerkzeug eingesetzt werden kann. Grundsätzlich konnte jedoch festgestellt werden, dass durch das erfindungsgemäße Verfahren nach Aufbringen der Nockenelemente die Nockenwelle eine Genauigkeit aufweist, die zum Einsatz hinreichend ist. Insbesondere dann, wenn kein thermisches Fügeverfahren zum Einsatz kommt, durch das ein Verzug oder eine Veränderung von Oberflächen die Folge sein können, können Komponenten vorgesehen werden, die bereits endbearbeitet und beispielsweise auch beschichtet sind. Ähnlich wie bei den Nockenelementen können auch weitere Elemente, die auf der Trägerwelle aufgebracht werden sollen, Oberflächenendbearbeitet und/oder -beschichtet sein, wie beispielsweise Lagerringe.

Dank Einsatz neuerer Technologien können fertig geschliffene Nockenelemente auf die Trägerwelle aufgesetzt werden, und dadurch können sämtliche Prozessschritte, welche die Nockenelemente betreffen, vor dem Zusammenbau beziehungsweise vor der Montage durchgeführt werden. In diesem Zusammenhang können die Nockenelemente nicht nur geschliffen, sondern beispielsweise auch bereits beschichtet werden, bevor diese auf die Trägerwelle aufgepresst werden. Bei einem derartigen Verfahren werden die Nockenelemente beispielsweise als Paket angrenzend aneinander geschliffen und nach Bedarf fertig bearbeitet, beispielsweise durch eine Beschichtung. Als Paket, also nebeneinander beispielsweise auf einem Dorn oder einem sonstigen Trägerelement aufgefädelt, können die Nockenelemente anschließend beschichtet werden, wodurch nur die Lauffläche beschichtet wird, die Seitenflächen jedoch nicht. Nach dem Beschichten können die Nockenelemente direkt zum Aufsetzen auf die Nockensetzstellen mit der Oberflächenprofilierung bereitgestellt werden.

Die Beschichtung kann beispielsweise eine DLC-Beschichtung aufweisen, durch die eine„Diamond-Like-Carbon-Beschichtung" beschrieben ist.

Beispielsweise können beim einsatzfertigen Schleifen der Nockensetzstellen an diesen angeformte Einführphasen vorgesehen werden, wodurch das Aufschieben der Nockenelemente über die Nockensetzstellen ohne Oberflächenprofilierung vereinfacht wird.

BEVORZUGTES AUSFÜHRUNGSBEISPIEL DER ERFINDUNG

Weitere, die Erfindung verbessernde Maßnahmen werden nachstehend mit der

Beschreibung einer bevorzugten Abfolge des Verfahrens im Rahmen eines

Ausführungsbeispiels der Erfindung anhand der Figuren näher dargestellt. Es zeigt:

Figur 1 eine Trägerwelle mit einer ungeschliffenen Oberfläche, wie diese gemäß dem Verfahrensschritt a) bereitgestellt werden kann,

Figur 2 die Ansicht der Trägerwelle mit der ungeschliffenen Oberfläche und mit einer Endkomponente, die an einer Endseite der Trägerwelle angeordnet ist, wie in Verfahrensschritt b) angegeben, Figur 3 der Verbund aus der Trägerwelle und der Endkomponente in einem einsatzfertig geschliffenen Zustand, sodass auf der Trägerwelle Nockensetzstellen ausgebildet sind,

Figur 4 der Verbund der Trägerwelle mit der Endkomponente, wobei in nicht näher gezeigter Weise die Endkomponente in einer Nockensetzanlage eingespannt ist und wobei auf der gegenüberliegenden Seite der Endkomponente das Trägerrohr mit einer Gegenspitze gehalten ist und

Figur 5 eine schematische Ansicht einer Trägerwelle mit einer

Endkomponente, und auf die Trägerwelle werden Nockenelemente aufgesetzt, wobei auf die Nockensetzstellen eine Oberflächenprofilierung eingebracht wird, wozu ein Rollierwerkzeug schematisch gezeigt ist.

In Figur 1 ist in schematisierter Weise eine Trägerwelle 10 mit einer ungeschliffenen Oberfläche 18 dargestellt, wobei die Trägerwelle 10 als Hohlwelle ausgebildet ist und einen sich entlang der Mittelachse 17 erstreckenden Hohlraum 19 aufweist. Damit bildet die Trägerwelle 10 ein gewichtsminimiertes Rohr, das sich rotationssymmetrisch um die Mittelachse 17 herum erstreckt und beispielsweise von einem Stangenmaterial abgelängt sein kann.

Figur 2 stellt einen Verbund aus der Trägerwelle 10 und einer Endkomponente 1 1 dar, und die Endkomponente 1 1 kann beispielsweise ein Antriebsrad, ein Phasensteiler oder ein Teil ein eines Phasenstellers sein, und die Endkomponente 1 1 ist im Rahmen der vorliegenden Erfindung Teil der einsatzbereiten Nockenwelle. Zur Befestigung der Endkomponente 1 1 weist diese einen Ansatz 20 auf, der beispielhaft in den Hohlraum 19 in der Trägerwelle 10 eingebracht ist, wobei die Endkomponente 1 1 auch auf andere Weise an der Trägerwelle 10 befestigt werden kann, beispielsweise durch ein stoffschlüssiges Fügeverfahren oder durch Verbindungselemente. Dabei weist die Trägerwelle 10 die ungeschliffene Oberfläche 18 auf, wobei auch die Endkomponente 1 1 eine ungeschliffene, insbesondere unbehandelte Oberfläche aufweisen kann. Beispielsweise kann die Endkomponente 1 1 auf einfache Weise an der Trägerwelle 10 gefügt sein, ohne dass auf eine Lage- und Maßtoleranz geachtet werden muss, da, wie nachfolgend beschrieben, eine Schleifbearbeitung sowohl der Trägerwelle 10 als auch der Endkomponente 1 1 in einem Verbund in einer gemeinsamen Aufspannung erfolgt.

Figur 3 zeigt den Verbund aus der Trägerwelle 10 und der Endkomponente 1 1 in einem geschliffenen Zustand. Durch die Schleifbearbeitung bis zu einem einsatzfertigen Zustand der Trägerwelle 10 und der Endkomponente 1 1 ist auf der Außenseite der Trägerwelle 10 eine Abfolge von Nockensetzstellen 13 gezeigt. Beispielhaft sind weiterhin zwei Lagerstellen 15 gezeigt, und die Lagerstellen 15 weisen einen kleineren Durchmesser auf als der Durchmesser der Nockensetzstellen 13. Auf nicht näher gezeigte Weise kann auch die Endkomponente 1 1 spanend bearbeitet sein, und die Endkomponente 1 1 bildet beispielsweise ein Antriebsrad, eine Sensorscheibe, ein Teil eines Phasenstellers oder dergleichen.

Figur 4 zeigt in Weiterbildung des Verbundes aus der Trägerwelle 10 und der Endkomponente 1 1 gemäß Figur 3 den Verbund in Aufspannung auf einer Nockensetzanlage, wobei in nicht näher gezeigter Weise die Endkomponente 1 1 eingespannt sein kann und auf der gegenüberliegenden Seite der Endkomponente 1 1 ist die Trägerwelle 10 auf einer Gegenspitze 16 aufgenommen. Die Gegenspitze 16 ist beispielsweise endseitig in den Hohlraum 19 eingeführt. In dieser Aufspannung kann der Verbund aus der Trägerwelle 10 und der Endkomponente 1 1 in Rotation um die Mittelachse 17 gebracht werden.

Figur 5 zeigt schließlich den Verbund aus der Trägerwelle 10 und der Endkomponente 1 1 , und eine erste Nockensetzstelle 13 ist bereits mit einem schematisch dargestellten Rollierwerkzeug 21 bearbeitet und mit einem Nockenelement 12 bestückt worden, wobei die Nockensetzstelle 13 auf der linken Seite benachbart zur Endkomponente 1 1 ein Oberflächenprofil 14 aufweist. Das Rollierwerkzeug 21 ist beispielhaft mit einer Rillenstruktur gezeigt, die auf der Nockensetzstelle 13 abgebildet wird, indem das Rollierwerkzeug 21 , beispielhaft gezeigt in zweifacher Anordnung, auf die Nockensetzstelle 13 aufgepresst wird, während die Trägerwelle 10 um die Mittelachse 17 in Rotation versetzt wird. Das Rollierwerkzeug 21 ist beispielhaft auf der zweiten Nockensetzstelle 13 gezeigt, die bereits ebenfalls ein Oberflächenprofil 14 aufweist.

Auf die erste Nockensetzstelle 13 ist ein Nockenelement 12 aufgesetzt gezeigt, und weitere Nockenelemente 12 sind beispielhaft über der Gegenspitze 16 gezeigt und werden dort bereitgestellt. Ist durch das Rollierwerkzeug 21 das Oberflächenprofil 14 in die nächste Nockensetzstelle 13 eingebracht worden, so kann ein weiteres Nockenelement 12 auf die entsprechende Setzstelle 13 aufgebracht werden.

Die Nockenelemente 12 können dabei bereits einsatzfertig endbearbeitet und beispielsweise beschichtet sein.

In der Abfolge der Figuren 1 bis 5 kann an dem gezeigten Ausführungsbeispiel das Verfahren zur Herstellung einer einsatzbereiten Nockenwelle 1 wie folgt beschrieben werden.

Unter dem Verfahrensschritt a) wird die Trägerwelle 10 gemäß Figur 1 bereitgestellt, und gemäß dem weiteren Verfahrensschritt b) kann die Endkomponente 1 1 an die Trägerwelle 10 gefügt werden, wie in Figur 2 gezeigt.

Gemäß dem weiteren Verfahrensschritt c) kann ein einsatzfertiges Schleifen wenigstens der Trägerwelle 10 zur Ausbildung von Nockensetzstellen 13 gemäß Figur 3 erfolgen. Dabei kann beim einsatzfertigen Schleifen zusätzlich zur Trägerwelle 1 1 auch eine Schleifbearbeitung der Endkomponente 1 1 erfolgen. Das einsatzfertige Schleifen umfasst dabei ferner die einsatzfertige Ausbildung von Lagerstellen 15.

In Figur 4 wird der Verbund aus der Trägerwelle 10 und der Endkomponente 1 1 von einer Schleifanlage (Figur 3) auf eine Nockensetzanlage (Figuren 4 und 5) überführt. Figur 4 stellt dabei eine Gegenspitze 16 dar, die zur Aufspannung als Teil der Nockensetzanlage dient, und in nicht näher gezeigter Weise kann die Endkomponente 1 1 zur definierten Aufspannung des Verbundes der Trägerwelle 10 und der Endkomponente 1 1 eingespannt werden. Gemäß den weiteren Verfahrensschritten d), e), f) und g) kann wie in Figur 5 gezeigt zunächst das Einbringen eines Oberflächenprofils 14 mittels eines Rollierwerkzeuges 21 erfolgen, wobei das Oberflächenprofil 14 auf die durch eine Schleifbearbeitung vorbereiteten Nockensetzstellen 13 aufgebracht wird. Anschließend erfolgt das Bereitstellen eines Nockenelementes 12 mit einsatzfertigen Eigenschaften, wie im Bereich der Gegenspitze 16 gezeigt, und die Nockenelemente 12 können entlang der Pfeilrichtung über die Trägerwelle 10 geführt werden und gemäß Verfahrensschritt f) kann ein Setzen der Nockenelemente 12 auf die mit einem Oberflächenprofil 14 versehenen Nockensetzstellen 13 erfolgen.

Gemäß dem Verfahrensschritt g) können die Schritte d) bis f) so oft wiederholt werden, bis eine entsprechende Anzahl von Nockenelementen 12 auf der Trägerwelle 10 aufgesetzt ist, und beispielsweise kann das Aufsetzen insgesamt vier Mal erfolgen, wie im Ausführungsbeispiel gezeigt, da vier Nockensetzstellen 13 vorgesehen sind.

Die Erfindung beschränkt sich in ihrer Ausführung nicht auf das vorstehend angegebene bevorzugte Ausführungsbeispiel. Vielmehr ist eine Anzahl von Varianten denkbar, welche von der dargestellten Lösung auch bei grundsätzlich anders gearteten Ausführungen Gebrauch macht. Sämtliche aus den Ansprüchen, der Beschreibung oder den Zeichnungen hervorgehenden Merkmale und/oder Vorteile, einschließlich konstruktiver Einzelheiten, räumlicher Anordnungen, können sowohl für sich als auch in den verschiedensten Kombinationen erfindungswesentlich sein.

Bez u g s ze i c h e n l i s te

Nockenwelle

Trägerwelle

Endkomponente

Nockenelement

Nockensetzstelle

Oberflächenprofil

Lagerstelle

Gegenspitze

Mittelachse

ungeschliffene Oberfläche

Hohlraum

Ansatz

Rollierwerkzeug