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Eine heiße Verbindung

17.06.2013
Die gebaute Nockenwelle ist weiter auf dem Vormarsch. Dies liegt vor allem an einer erheblichen Gewichtsreduzierung im Vergleich zu Vollschaft-Nockenwellen. Auch im LKW-Bereich hat die gebaute Nockenwelle inzwischen Einzug gehalten.

VA 700 T – Fügeanlage zur Herstellung gebauter Nockenwellen. Während eine Nocke gefügt wird, wird die nächste bereits parallel hierzu erwärmt. Durch Auslegung der Fügemaschine mit mehreren Anwärmeinheiten kann die Technik optimal auf die Anwendung skaliert werden.


Einbaufertige komplett gefügte Nockenwelle. Durch die hohe Präzision der gefügten Nockenwelle kann das Nockenformschleifen der Welle drastisch reduziert oder bei Verwendung von Präzisionsnocken ganz vermieden werden.

Ein wesentlicher Nachteil jedoch vieler Fügeprozesse sind die hohen Fügekräfte, die zu unzulässigen Toleranzen der Nockenposition und -orientierung führen. Einen entscheidenden Vorteil bietet im Gegensatz hierzu das Fügepatent von EMAG: Das thermische Fügen ermöglicht das Bauen von „montagefertigen“ Nockenwellen, Getriebewellen und anderen Präzisionsverbindungen.

Die Vorteile gebauter Nockenwellen sind bekannt: geringere Kosten, niedrigeres Gewicht, für die Einzelkomponenten sind unterschiedliche Werkstoffe einsetzbar, höhere Flexibilität in der Fertigung, aber auch neue Nockengeometrien wie etwa negative Radien der Nocken sind einfacher umzusetzen. Im Rahmen der notwenigen Reduzierung des Kraftstoffverbrauchs und somit auch der CO2-Emission sind gebaute Nockenwellen deshalb weiter im Vormarsch.

Die alternativen Verfahren zum Fügen von Nocke und Welle haben allerdings einen gravierenden Nachteil: Nocken und Welle können nicht so genau gefügt werden, dass das Nachschleifen der Nocken eingespart werden kann. Die Verbindung der Nocken zum Rohr erfolgt meist über einen Kraftformschluss, der entweder durch Aufpressen, Rändeln oder/und Keil-, Kerb oder anderen Verzahnungen hergestellt wird. Die benötigten Fügekräfte verformen teilweise die beteiligten Bauteile derart, dass es zu unzulässig großen Toleranzen der Nockenlage bzw. -orientierung kommt.

Thermisches Fügen von EMAG = Präzisionsfügen

Mittels thermischem Fügen, d.h. dem Aufschrumpfen der Nocke auf das Rohr, erreicht man jedoch durch einen reaktionskraftfreien Fügeablauf die gewünschten Toleranzen. Entscheidend hierbei ist das Know-how bezüglich Beherrschbarkeit der Prozessparameter Temperatur und Zeit sowie der mechanischen Ausführung der Fügeeinrichtung.

Durch eine optimale Kombination von Roboter und speziell konzipierter Greiftechnik lassen sich Fügespalte kleiner 15 µm prozesssicher beherrschen. Das Konzept erlaubt durch seine Flexibilität einen großen Freiheitsgrad beim Design der Nockenwellen und kann auch gut für mittlere Stückzahlen mit häufiger Typenumrüstung eingesetzt werden. Durch die hohe Präzision der so gefügten Nockenwelle kann das Nockenformschleifen der Welle drastisch reduziert oder bei Verwendung von Präzisionsnocken ganz vermieden werden. Ein weiterer Vorteil des Verfahrens liegt in der Möglichkeit, unterschiedliche Werkstoffe innerhalb einer Welle zu kombinieren. In Betracht kommen neben geschmiedeten Nocken z.B. aus 100 Cr 6 auch fertig geschliffene, oder maßhaltig gesinterte Nocken, die ohne Nachschleifoperation auskommen. Untergeordnete Bauteile wie Stopfen oder Endstücke können ebenso wie die eigentliche Welle aus günstigeren Materialien hergestellt werden.

Damit kann die Nockenwelle an die Anforderungen im Motor angepasst und hinsichtlich Belastbarkeit und Herstellkosten optimiert werden.

Noch ein Schritt weiter:

Falls die Nockenwelle nach dem Fügen geschliffen werden soll, lässt sich der Fügeprozess sehr einfach mit einer Schleifmaschine verketten. Besonders einfach funktioniert dies mit den EMAG Schleifzentren der VTC DS-Baureihe: Der Roboter der Fügeanlage übergibt die gefügte Nockenwelle direkt an die Ladeposition des Schleifzentrums. Die Vorteile des durch EMAG angebotenen Verfahrens lassen sich auch auf andere Bauteile übertragen: Bei der Produktion von Getriebewellen können geschliffene Zahnräder eng aneinander auf Wellen gefügt werden, ohne den nötigen Überlauf der Schleifscheibe konstruktiv berücksichtigen zu müssen. Damit lässt sich die Baulänge einer Getriebewelle minimieren und somit die Gesamteinheit kompakter gestalten.

Maximale Flexibilität

Das EMAG Verfahren zeichnet sich durch wenig werkstückberührende Bauteile aus. Dadurch lassen sich derartige Anlagen in kurzer Zeit (weniger als 15 min) umrüsten.

Qualitativ hochwertiges Fügen in Sekundenschnelle

Das von EMAG angebotene thermische Fügeverfahren kombiniert Flexibilität und Produktivität: Den konstruktiven und fertigungstechnischen Freiheiten steht eine kurze Taktzeit gegenüber. Während eine Nocke gefügt wird, wird die nächste bereits parallel hierzu erwärmt. Durch Auslegung der Fügemaschine mit mehreren Anwärmeinheiten kann die Technik optimal auf die Anwendung skaliert werden. Diese Vorteile sind wohl auch der Grund, wieso zahlreiche namhafte Hersteller von Nockenwellen und anderen Präzisionsbauteilen sich für das neue Verfahren interessieren, Probebearbeitungen durchführen lassen oder das Verfahren bereits in der Produktion nutzen. Idealerweise nutzt der Kunde die Synergievorteile in der EMAG Gruppe in Summe und lässt sich für seine Anwendung ein Komplettkonzept von der Vorbearbeitung über das Fügen bis hin zur Endbearbeitung erstellen.

Vorteile des thermischen Fügens:

• Hohe Genauigkeit, keine Nachbearbeitung nach dem Fügen nötig
• Materialeinsparung durch Gewichtsreduzierung
• Keine Deformierung nach dem Fügen
• Kombination unterschiedlicher Werkstoffe
• Frei wählbare Bauteilreihenfolge
• Frei wählbare Winkel- und Axialposition
• Schnelles Umrüsten bei Produktwechsel
Die Vorteile gebauter Nockenwellen:
• Geringere Kosten
• Niedrigeres Gewicht
• Unterschiedliche Werkstoffe für die Nocken möglich
• Höhere Flexibilität in der Fertigung
• Neue Nockengeometrien – wie etwa negative Radien der Nocken – sind einfach umzusetzen
Ansprechpartner Presse und Veröffentlichung
Oliver Hagenlocher
EMAG Gruppen-Vertriebs- und Service GmbH
Austraße 24
DEU - 73084 Salach
Fon: +49-(0)7162 / 17-267
Fax: +49-(0)7162 / 17-199
e-mail: ohagenlocher@emag.com

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