Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen einer Welle-Nabe- Verbindung gemäß den Merkmalen des Patentanspruchs 1.

Stand der Technik

Es ist bekannt, Welle-Nabe-Verbindungen als kraftschlüssige oder formschlüssige Verbindung, im Besonderen auch als Kombination von kraftschlüssiger und

formschlüssiger Verbindung auszuführen, über welchen Wellen und Naben miteinander fest verbunden werden können. Die Ausbildung der Welle-Nabe-Verbindung hat dabei Einfluss auf das über die Welle-Nabe-Verbindung übertragbare Drehmoment.

Es ist bekannt, Kurbelwellen und Nockenwellen für Brennkraftmaschinen als einteilige Wellen auszuführen. Diese einteiligen Wellen werden über Gleitlagerungen in der Brennkraftmaschine gelagert. Auch die Lagerung des Kurbelpleuels bei Kurbelwellen wird über Gleitlagerungen realisiert. Alternativ sind auch Lösungen bekannt, bei welchen Wälzlagerungen mit geteilten Wälzlagern an Stelle der Gleitlagerungen verwendet werden, um die Reibung der Lagerung während des Betriebs der

Brennkraftmaschine zu verringern. Die Verwendung von geteilten Wälzlagern ist hier notwendig, da eine Montage durch Aufschieben auf den Lagersitz auf Grund

nebengeordneter Bauteile, wie Kurbelwangen bei Kurbelwellen oder Nocken bei Nockenwellen, verhindert wird. Solche geteilten Wälzlager weisen jedoch eine Reihe von Nachteilen auf, welche sich negativ auf die Standzeit der Wälzlagerung auswirken.

Um den Einsatz von ungeteilten Wälzlagern zu ermöglichen, werden gebaute

Kurbelwellen und gebaute Nockenwellen entwickelt. Die gebauten Wellen werden aus mehreren Einzelteilen zusammengesetzt, wobei zur Sicherstellung der

Drehmomentübertragung formschlüssige und / oder kraftschlüssige Verbindungen vorgesehen sind. Die Einzelteile können dabei vor der Montage hauptsächlich fertig endbearbeitet sein. Aus der Patentschrift DE 891 641 geht ein Verfahren zum Herstellen von Kurbelwellen aus mehreren ineinandergepassten Teilen durch Aufschrumpfen hervor. Dadurch wird die Oberfläche der Bohrung an den eingefügten Zapfen angeformt. Dadurch können die Einpassquerschnitte, welche von der Kreisform abweichen, wesentlich erleichtert hergestellt werden. Die einzupassenden Teile werden durch Schrumpfen satt aneinander anliegend geformt, indem die Teile ohne gegenseitige Verschiebung thermisch entspannt werden.

Aus der Auslegeschrift DE 1 172 520 ist ein Verfahren zum Herstellen halb gebauter oder ganz gebauter Kurbelwellen bekannt. Es wird eine Abfolge von

Bearbeitungsschritten und Fügeschritten beschrieben, welche den Übelstand nicht miteinander fluchtender Lagerzapfen beheben soll.

Sind bei den gebauten Wellen einteilige Wälzlagerungen vorgesehen, werden die Wälzlagersitze vor der Montage der gebauten Wellen fertig bearbeitet, so dass das jeweilige Wälzlager vor der Montage der gebauten Welle bereits auf den jeweiligen Wälzlagersitz aufgebracht werden kann. Anschließend werden dann die

nebengeordneten Teile montiert und gegebenenfalls weiterbearbeitet. Bei dieser Vorgehensweise würden, neben Positionier- bzw. Fluchtungsfehlern, gleichzeitig auch Verformungen der einzelnen Lager durch den Pressverband ausgeglichen werden.

Aus der Offenlegungsschrift DE 196 24 048 A1 ist ein Verfahren zur Herstellung einer reibschlüssigen Welle-Nabe-Verbindung bekannt. Dazu wird ein rundes Bauteil zunächst plastisch oval oder polygon verformt und anschließend elastisch verrundet. Unter Beibehaltung der elastischen Verrundung wird die Welle-Nabe-Verbindung montiert, so dass beim Zurückfedern in die ovale oder polygone Form die Bauteile mittels Presssitz miteinander verbunden sind.

Durch kraftschlüssige Verbindungen und die damit einhergehenden elastischen oder plastischen Verformungen kann es jedoch auch zu Verformungen im Wälzlagersitz kommen, wenn die kraftschlüssige Verbindung der nebengeordneten Teile

entsprechend nah am Wälzlagersitz wirkt. Durch diese Verformungen im Bereich des Wälzlagersitzes kann es wiederum zu Verformungen und in Folge dessen zu erhöhten Belastungen im Wälzlager kommen, welche sich negativ auf die Tragfähigkeit und Standzeit auswirken. Zur Sicherung von Wälzlagern auf einer Welle ist aus der europäischen Patentschrift EP 0 960 287 B1 ein Verfahren zum Herstellen einer Wellen-Naben-Verbindung bekannt. Dazu wird mittels eines Rollwerkzeugs durch eine plastische Verformung auf der Wellenoberfläche eine Erhebung erzeugt, so dass sich die Erhebung an einer Axialfläche des Wälzlagers anlegt und somit ein axiales Verschieben verhindert.

Aufgabe der Erfindung

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Verfahren zum Herstellen einer Welle- Nabe-Verbindung bereitzustellen, bei welchem die Verformung eines Lagersitzes infolge einer nebengeordneten kraftschlüssigen Verbindung reduziert ist.

Lösung der Aufgabe

Die Aufgabe wird durch ein Verfahren zum Herstellen einer Welle-Nabe-Verbindung nach den Merkmalen des Patentanspruches 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen und den Ausführungsbeispielen.

Beschreibung der Erfindung

Die Erfindung stellt ein vorteilhaftes Verfahren zum Herstellen einer Welle-Nabe- Verbindung bereit, bei welchem die Verformung infolge der Welle-Nabe-Verbindung gegenüber einer Formtoleranz eines in axialer Richtung von der Welle-Nabe- Verbindung beabstandeten, nebengeordneten Lagersitzes auf der Welle reduziert ist. Dadurch kann eine der Montage der Welle-Nabe-Verbindung nachgelagerte

Bearbeitung des nebengeordneten Lagersitzes eingespart werden.

Die Welle-Nabe-Verbindung ist als Pressverbindung ausgeführt, wobei reine

Kraftschlussverbindungen und vorgespannte Formschlussverbindungen einbezogen sind. Unter vorgespannten Formschlussverbindungen sind Verbindungen zu verstehen, welche als kraftschlüssige Verbindungen in Kombination mit formschlüssigen

Verbindungen ausgeführt sind.

Das erfindungsgemäß vorteilhafte Verfahren zum Herstellen einer Welle-Nabe- Verbindung zeichnet sich dadurch aus, dass zunächst eine Maßabweichung gegenüber einem Endmaß des Lagersitzes als Vorhalt für eine Verformung des Lagersitzes bestimmt und der Lagersitz vor der Montage der Welle-Nabe-Verbindung mit der Maßabweichung endbearbeitet wird. Anschließend wird die Welle-Nabe-Verbindung mittels einer als reine Kraftschlussverbindung oder vorgespannten

Formschlussverbindung ausgeführten Pressverbindung hergestellt und die Verformung der Welle infolge der Welle-Nabe-Verbindung den Lagersitz auf sein Endmaß verformt, wobei die Verformung der Welle die Maßabweichung des Lagersitzes ausgleicht.

Dazu wird der Lagersitz vor der Montage der Welle-Nabe-Verbindung derart bearbeitet, dass der Lagersitz durch die Verformung in Folge der nebengeordneten

kraftschlüssigen Welle-Nabe-Verbindung auf sein gewünschtes Endmaß gebracht wird. Das Endmaß unterliegt dabei den bestimmten Formtoleranzen, welche für einen Lagersitz notwendig sind. In Abhängigkeit der Ausbildung der geometrischen Wellen- und Nabenausführung, der kraftschlüssigen Verbindung, der verwendeten

Materialpaarung sowie des Fügeverfahrens wird der Lagersitz auf der Welle vor dem Herstellen der nebengeordneten Welle-Nabe-Verbindung wenigstens in Teilbereichen mit der definierten Maßabweichung gegenüber dem gewünschten Endmaß des

Lagersitzes fertig endbearbeitet. Durch die Endbearbeitung mit der vordefinierten Maßabweichung hält der Lagersitz die geforderte Formtoleranz zunächst nicht ein. Erst durch die anschließende Montage der Welle-Nabe-Verbindung wird die

Maßabweichung in Folge der Verformung durch die nebengeordnete kraftschlüssige Verbindung aufgehoben und der Lagersitz nimmt ohne weitere Bearbeitung seine Form mit gewünschtem Endmaß ein. Die Aufhebung der Maßabweichung im Bereich des Lagersitzes ist auf die Bauteilverformung in Folge der zum Lagersitz nebengeordneten kraftschlüssigen Verbindung zurückzuführen. Demzufolge ist die Maßabweichung des Lagersitzes als Vorhalt zu verstehen, welcher durch die Verformung des Lagersitzes in Folge der nebengeordneten Welle-Nabe-Verbindung aufgebraucht wird. Nach der Herstellung der nebengeordneten Welle-Nabe-Verbindung hält der Lagersitz die geforderte Formtoleranz ein.

Die Pressverbindung der Welle-Nabe-Verbindung kann als Längspressverbindung oder Querpressverbindung, insbesondere als Schrumpfverbindung oder Dehnverbindung ausgeführt sein. Durch die Pressverbindung kommt es sowohl im Bereich der Welle- Nabe-Verbindung, als auch im Bereich des nebengeordneten Lagersitzes zu einer bleibenden elastischen oder bleibenden elastisch-plastischen Verformung von Welle und Nabe. Die Welle-Nabe-Verbindung betrifft bei Kurbelwellen insbesondere die Verbindung zwischen Kurbelwange und Pleuellagerzapfen und / oder zwischen Kurbelwange und Hauptlagerzapfen, bei welchen in axialer Richtung neben der Welle-Nabe-Verbindung ein Lagersitz vorgesehen ist.

Die Welle-Nabe-Verbindung betrifft bei Nockenwellen insbesondere die Verbindung zwischen Nocken und Nockenwellengrundkörper, bei welchen in axialer Richtung neben der Welle-Nabe-Verbindung ein Lagersitz vorgesehen ist.

Der Lagersitz kann dabei zur Aufnahme von Lagern, insbesondere zur Aufnahme eines Wälzlagers oder von Gleitlagerschalen ausgeführt sein. Alternativ kann der Lagersitz selbst als Lager, insbesondere anstelle des inneren Wälzlagerringes eines Wälzlagers oder als Gleitlager ausgeführt sein. Ist der Lagersitz zur Aufnahme eines Lagers, insbesondere von Wälzlagern oder ungeteilten Gleitlagerschalen ausgeführt, so ist das Lager bereits vor der Herstellung der nebengeordneten Welle-Nabe-Verbindung auf dem Lagersitz montiert.

Die Maßabweichung des Lagersitzes vor der Montage der nebengeordneten Welle- Nabe-Verbindung variiert in Längsrichtung des Lagersitzes, wobei sich die

Maßabweichung ausgehend vom einen Randbereich des Lagersitzes mit

zunehmendem Abstand zur nebengeordneten Welle-Nabe-Verbindung reduziert.

Zusätzlich kann die Maßabweichung des Lagersitzes auch in Umfangsrichtung variieren, wenn die geometrische Ausbildung der Welle und / oder der Nabe von der Kreisform abweicht.

Die Maßabweichung des Lagersitzes ist dabei so bemessen, dass die zu erwartende Verformung in Folge der nebengeordneten Welle-Nabe-Verbindung zur Reduzierung der Maßabweichung führt, und somit das für den Lagersitz erforderliche Endmaß erreichet wird. Für die Dimensionierung der Maßabweichung sind besonders das Profil der Welle-Nabe-Verbindung, die geometrische Ausführung von Welle und Nabe sowie die verwendete Materialpaarung hinsichtlich der Materialeigenschaften von Bedeutung. Die Maßabweichung kann als Untermaß oder Übermaß ausgeführt sein. Die

Maßabweichung ist wenigstens in Teilbereichen des Lagersitzes als Übermaß und zur Lagermitte des Lagersitzes hin abnehmend ausgeführt. Ist die Welle-Nabe-Verbindung als Zylinderprofil ausgeführt, so ist der Lagersitz im Falle gleicher Nabenstärke mit einem in radialer Richtung gleichbleibenden und einem sich in axialer Richtung ausgehend vom Randbereich zur Lagermitte des Lagersitzes hin reduzierenden Übermaß ausgeführt.

Ist die Welle-Nabe-Verbindung als ein von einem Zylinderprofil abweichendes Profil, beispielsweise als Polygonprofil oder andere Profilform ausgeführt, so ist der Lagersitz mit einem in radialer und in axialer Richtung verändernden Untermaß und / oder Übermaß ausgeführt, wobei sich das Untermaß und / oder Übermaß in axialer Richtung ausgehend vom Randbereich zur Lagermitte des Lagersitzes hin reduziert. Dies resultiert aus der über den Umfang ungleichmäßigen Verformung des Polygonprofils und der damit verbundenen ungleichmäßigen Verformung des Lagersitzes, welcher durch eine über den Umfang ungleichmäßigen Maßabweichung begegnet wird.

Weitere zu berücksichtigende Einflussfaktoren auf die Maßabweichung sind die effektiv wirksame Wandstärke der Nabe sowie eine gegenseitige Beeinflussung mehrerer Welle-Nabe-Verbindungen auf einer gemeinsamen Welle mit zwischengelagertem Lagersitz oder innerhalb einer gemeinsamen Nabe, wenn diese mehreren Welle-Nabe- Verbindungen zur gegenseitigen Beeinflussung ausreichend nah zueinander angeordnet sind.

Die Ermittlung der Maßabweichung kann durch Vorausberechnung der zu erwartenden Verformung, vorzugsweise unter Verwendung von Computerprogrammen, ermittelt werden. Dazu können entsprechende Werkzeuge der Festkörpersimulation verwendet werden. Die reale Verformung kann auch durch Versuche aus einem Vergleich der Form des Lagersitzes vor und nach dem Herstellen der Welle-Nabe-Verbindung ermittelt werden.

Ausführungsbeispiel Zylinderprofil

Beispielhaft wird hier eine Ausführung der erfindungsgemäßen Vorrichtung dargestellt. In den dazugehörigen Figuren zeigt:

FIGUR 1: eine schematische Darstellung einer herkömmlichen Welle (1)-Nabe (2)- Verbindung mit Zylinderprofil und FIGUR 2: eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäß hergestellten Welle (1)-Nabe (2)-Verbindung mit Zylinderprofil.

Bei einer herkömmlichen Welle (1)-Nabe (2)-Verbindung als Pressverbindung mit Zylinderprofil, vereinfacht dargestellt in FIGUR 1 , treten an der Welle (1) und Nabe (2) in Folge der Pressverbindung Verformungen auf. Ein zu der Welle (1 )-Nabe (2)- Verbindung axial beabstandeter, nebengeordneter Lagersitz (3) verformt sich dabei ausgehend von einem Fertigteilzustand (4) zu einem verformten

Zusammenbauzustand (5). Durch die Verformung des Lagersitzes (3) genügt die Form des Lagersitzes (3) nicht mehr den geforderten Formtoleranzen.

Das erfindungsgemäß vorteilhafte Verfahren zum Herstellen der Welle (1)-Nabe (2)- Verbindung als Pressverbindung mit Zylinderprofil, vereinfacht dargestellt in FIGUR 2, zeichnet sich dadurch aus, dass der zur Welle (1 )-Nabe (2)-Verbindung axial beabstandete, nebengeordnete Lagersitz (3) vor der Montage der Welle (1)-Nabe (2)- Verbindung derart bearbeitet wird, dass der Lagersitz (3) erst durch die Verformung in Folge der Pressverbindung auf sein gewünschtes Endmaß gebracht wird, um den geforderten Formtoleranzen zu genügen.

Dazu wird der Lagersitz (3) auf der Welle (1) vor dem Herstellen der nebengeordneten Welle (1 )-Nabe (2)-Verbindung mit einer definierten Maßabweichung gegenüber dem gewünschten Endmaß zu einem Fertigteilzustand (4) bearbeitet, wobei die

Maßabweichung aus der zu erwartenden Verformung bestimmt wurde. Durch die Endbearbeitung mit der vordefinierten Maßabweichung hält der Lagersitz (3) die geforderte Formtoleranz zunächst nicht ein.

Auf Grund der Ausführung der Welle (1)-Nabe (2)-Verbindung als Pressverbindung in Form eines Zylinderprofils ergibt sich eine über den Umfang des Lagersitzes (3) gleichbleibende und ausgehend vom Randbereich des Lagersitzes (3) mit

zunehmendem Abstand zur nebengeordneten Welle (1)-Nabe (2)-Verbindung in Längsrichtung abfallende Maßabweichung. Die Maßabweichung ist über den Umfang gleichbleibend ausgeführt, da durch das Zylinderprofil eine über den Umfang gleichbleibende Verformung, insbesondere eine Durchmesserverringerung, erfolgt. Hierbei wird vereinfacht eine gleichbleibende Stärke der Nabe (2) angenommen. Die Maßabweichung ist demnach stetig als Übermaß (6) zur Mitte des Lagersitzes (3) hin abnehmend ausgeführt, um die Verformung in Folge der Pressverbindung auszugleichen.

Erst durch die anschließende Montage der Welle (1 )-Nabe (2)-Verbindung wird die Maßabweichung in Folge der Verformung durch die nebengeordnete Pressverbindung der Welle (1 )-Nabe (2)-Verbindung aufgehoben und der Lagersitz (3) nimmt im

Zusammenbauzustand (5) ohne weitere Bearbeitung seine Form mit gewünschtem Endmaß ein und hält nun die geforderte Formtoleranz ein.

Ausführungsbeispiel Polygonprofil

Beispielhaft wird hier eine Ausführung der erfindungsgemäßen Vorrichtung dargestellt. In den dazugehörigen Figuren zeigt:

FIGUR 3: eine schematische Darstellung einer herkömmlichen Welle (1 )-Nabe (2)- Verbindung mit Polygonprofil und

FIGUR 4: eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäß hergestellten

Welle (1 )-Nabe (2)-Verbindung mit Polygonprofil.

Bei einer herkömmlichen Welle (1 )-Nabe (2)-Verbindung als Pressverbindung mit Polygonprofil, vereinfacht dargestellt in FIGUR 3, treten an der Welle (1 ) und Nabe (2) in Folge der Pressverbindung Verformungen auf. Ein zu der Welle (1 )-Nabe (2)- Verbindung axial beabstandeter, nebengeordneter Lagersitz (3) verformt sich dabei ausgehend von einem Fertigteilzustand (4) zu einem verformten

Zusammenbauzustand (5). Durch die Verformung des Lagersitzes (3) genügt die Form des Lagersitzes (3) nicht mehr den geforderten Formtoleranzen.

Das erfindungsgemäß vorteilhafte Verfahren zum Herstellen der Welle (1 )-Nabe (2)- Verbindung als Pressverbindung mit Polygonprofil, vereinfacht dargestellt in FIGUR 4, zeichnet sich abweichend vom vorgenannten Ausführungsbeispiel dadurch aus, dass die Maßabweichungen auf die zu erwartenden Verformungen durch das Polygonprofil angepasst sind.

Auf Grund der Ausführung der Welle (1 )-Nabe (2)-Verbindung als Pressverbindung in Form eines Polygonprofils ergibt sich eine über den Umfang des Lagersitzes (3) ungleichmäßige und ausgehend vom Randbereich zur nebengeordneten Welle (1 )- Nabe (2)-Verbindung in Längsrichtung des Lagersitzes (3) mit zunehmendem Abstand abfallende Maßabweichung. Die Maßabweichung ist dabei in Teilbereichen als

Übermaß (6) und in Teilbereichen als Untermaß (7) zur Lagermitte hin abnehmend ausgeführt, um die Verformung in Folge der Pressverbindung mit Polygonprofil auszugleichen. Durch die Pressverbindung wird das Polygonprofil über den Umfang unterschiedlich verformt und so dem Zylinderprofil angenähert. Dadurch führt es im Lagersitz (3) in Teilbereichen zu Radiusverringerungen sowie in Teilbereichen zu Radiuserhöhungen, welche durch die Maßabweichung als Übermaß (6) und als Untermaß (7) vorgehalten werden.

Der Lagersitz (3) wird vor dem Herstellen der nebengeordneten Welle (1)-Nabe (2)- Verbindung mit der definierten Maßabweichung zu einem Fertigteilzustand (4) bearbeitet. Erst durch die anschließende Montage der Welle (1)-Nabe (2)-Verbindung wird die Maßabweichung in Folge der Verformung durch die nebengeordnete

Pressverbindung der Welle (1)-Nabe (2)-Verbindung aufgehoben und der Lagersitz (3) nimmt im Zusammenbauzustand (5) ohne weitere Bearbeitung seine Form mit gewünschtem Endmaß ein und hält nun die geforderte Formtoleranz ein.

Aufstellung der verwendeten Bezugszeichen

1 Welle

2 Nabe

3 Lagersitz

4 Fertigteilzustand

5 Zusammenbauzustand

6 Übermaß

7 Untermaß