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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Montage einer Nockenwelle am Zylinderkopf einer Brennkraftmaschine gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.
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Zur Verbesserung der thermodynamischen Eigenschaften von Brennkraftmaschinen sind mechanische Vorrichtungen bekannt, die das Arbeitsspiel des Ventiltriebes beeinflussen und beispielsweise eine drehzahlabhängige Veränderung der Öffnungszeiten oder des Hubes der Gaswechselventile ermöglichen.
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Aus der Druckschrift
DE 10 2004 011 586 A1 ist eine derartige Vorrichtung bekannt, bei der ein Nockenträger drehfest und axial verschiebbar auf einer Grundnockenwelle angeordnet ist.
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Der Nockenträger besteht dabei aus einem Metallrohr, auf dem beispielsweise zwei Nocken angeordnet sind, bei denen aus einem gemeinsamen Grundkreis axial versetzt mindestens zwei unterschiedliche Nockenlaufbahnen hervorgehen. Durch das axiale Verschieben des Nockenträgers auf der Grundnockenwelle kann ein Gaswechselventil durch die unterschiedlich geformten Nockenlaufbahnen betätigt werden, wobei sich die mindestens zwei Nockenlaufbahnen in der Hubkontur und/oder in der Phasenlage unterscheiden können.
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Die Lagerung der Nockenwelle erfolgt dabei durch Lagerblöcke, die einen Nockenträger zwischen den zwei Nocken umfassen. Beim Betrieb des Ventiltriebes bildet der Lagerblock eines Nockenträgers zugleich einen Anschlag, durch den beim Verschieben der Nockenträger eine axiale Position der Nockenträger auf der Grundnockenwelle bestimmt wird.
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Die Position der Nockenträger zur Grundnockenwelle wird durch eine Federraste bestimmt, die in der Grundnockenwelle ausgebildet ist, und die aus einer Druckfeder und einer Rastkugel besteht. An der Innenseite des Nockenträgers sind für die Rastkugel rampenförmige Vertiefungen ausgebildet, die genau so ausgeformt sind, dass die Nockenträger trotz der unterschiedlichen Ausdehnungskoeffizienten der Materialien der Grundnockenwelle und des Zylinderkopfes immer zu einer Seite in den definierten Anschlag verschoben wird.
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Aus der Druckschrift
DE 103 22 250 A1 ist ein System mit Hilfsnockenwelle und mindestens zwei Lagern sowie ein Verfahren zur Herstellung eines Systems mit Hilfsnockenwelle und mindestens zwei Lagern bekannt. Das System umfasst eine Hilfsnockenwelle mit mindestens zwei verdickten Wellenabsätzen, welche zum Verstellen eines variablen Ventiltriebs für Verbrennungskraftmaschinen dienen, sowie mindestens zwei für einen schmierstofffreien Trockenlauf geeignete Lager, die auf den Wellenabsätzen angeordnet sind. Die Lager sind als Gleitlager ausgeführt.
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Weiterhin beschreibt die Druckschrift
DE 10 2004 002 301 A1 ein Verfahren zur Herstellung einer gebauten Nockenwelle, bei dem an mindestens einem Ende der Grundnockenwelle ein Wellenendstück mit der Grundnockenwelle verbunden wird, nachdem die Nockenstücke auf die Grundnockenwelle aufgeschoben wurden.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Montage einer Nockenwelle am Zylinderkopf einer Brennkraftmaschine anzugeben, das es erlaubt die vormontierte Nockenwelle am Zylinderkopf der Brennkraftmaschine zu montieren, ohne dass die Kugelraste die Montage beeinflusst. Zudem soll das Verfahren die Handhabung der vormontierten Nockenwelle vereinfachen.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Dabei ist vorgesehen, dass die Nockenwelle aus einer Grundnockenwelle und aus mehreren Nockenträgern mit jeweils zwei Nocken besteht, wobei die Nockenträger drehfest und axial verschiebbar auf der Grundnockenwelle angeordnet sind und die Nocken jeweils zwei Nockenlaufbahnen aufweisen, wobei zwischen den beiden Nocken jeder Nockenträger von einem Lagerblock umfasst wird, der die Lagerung der Nockenwelle bildet, und wobei die Nockenträger von mehreren, miteinander verbundenen Distanzstücken in ihrer axialen Montageposition auf der Grundnockenwelle fixiert werden, wobei die Nockenträger durch eine in der Grundnockenwelle ausgebildete Kugelraste in ihrer Position gehalten werden und durch die Distanzstücke gegen die Kraft der Kugelraste in der axialen Montageposition auf der Grundnockenwelle fixiert werden, wobei die Distanzstücke ein Distanzmodul bilden, das mittels eines Griffs aufgesetzt und abgezogen wird, wobei an der Innenseite der Distanzstücke Ausformungen ausgebildet sind, die in Schrauberfreigänge greifen, die an der Grundnockenwelle ausgebildet sind, um eine immer gleiche, feste Winkellage des Distanzmoduls zur Grundnockenwelle einzunehmen, und wobei auf dem Distanzmodul Markierungen ausgebildet sind, durch welche die Ausrichtung der Nockenträger zur Grundnockenwelle kontrolliert wird. Grundsätzlich ist also vorgesehen, dass der mindestens eine Nockenträger auf der Grundnockenwelle durch Distanzstücke in seiner axialen Position fixiert wird.
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Diese Fixierung ist von besonderer Bedeutung, da der Nockenträger durch eine in der Grundnockenwelle ausgebildete Kugelraste in seiner Position gehalten wird. Die Kugelraste kann dabei so ausgebildet sein, dass der Nockenträger durch die Kugelraste in eine axiale Position verschoben wird, in der die Nockenwelle am Zylinderkopf nicht montiert werden kann. Dabei kommt den Distanzstücken die Aufgabe zu, die Nockenträger gegen die Kraft der Kugelraste in einer axialen Position auf der Grundnockenwelle zu fixieren.
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Es ist vorgesehen, dass alle Distanzstücke einer Nockenwelle miteinander verbunden sind. Dies kann in einfacher Weise durch bewegliche Verbindungselemente erfolgen. Vorteilhafter ist es, die Distanzstücke einer Nockenwelle zu einem einteiligen Distanzmodul zusammen zu fassen, an dem ein Abzugsgriff ausgebildet wird. Es ist vorgesehen, dass an dem Distanzmodul Marken ausgebildet sind, durch welche eine definierte Position auf der Grundnockenwelle bestimmt wird. Beispielsweise greifen diese Marken in auf der Grundnockenwelle ausgebildete Schrauberfreigänge, wodurch das Distanzmodul immer in der selben Position auf der Grundnockenwelle einrastet. Zudem sind auf dem Distanzmodul Markierungen ausgebildet, durch welche die Ausrichtung bzw. die korrekte Anordnung der Nockenträger auf der Grundnockenwelle kontrolliert werden kann.
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In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Distanzstücke an ihren äußeren, auf die Grundnockenwelle aufzusetzenden Enden verbreitert ausgebildet sind. Durch diese Verbreiterung zentrieren die Distanzstücke beim Aufsetzen auf die Grundnockenwelle von selbst. Zudem rasten die Distanzstücke beim Aufsetzen auf der Grundnockenwelle ein und verbleiben in dieser eingerasteten Position.
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In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die die Nockenträger berührenden Seitenflächen der Distanzstücke rampenförmig ausgebildet sind. Beim Aufschieben der Distanzstücke auf die Grundnockenwelle werden die Nockenträger durch die rampenförmigen Seitenflächen in die zur Grundnockenwelle gewünschte axiale Position verschoben.
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Dabei können die Distanzstücke vorteilhaft aus einem Kunststoffmaterial gefertigt werden. Alternativ werden die Distanzstücke aus einem Metall gefertigt, wobei an den die Grundnockenwelle und/oder die Nockenträger berührenden Stellen der Distanzstücke Gleitmaterialien, beispielsweise aus Teflon, befestigt werden.
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In einer nicht beanspruchten Ausführungsform ist vorgesehen, dass an der Grundnockenwelle ein radial hervorstehendes Bauteil ausgebildet ist. An diesem radial hervorstehenden Bauteil stützt sich das mindestens eine Distanzstück beim Aufsetzen auf die Grundnockenwelle ab. Das radial hervorstehende Bauteil wird beispielsweise von einen Nockenwellenrad oder von einem Signalgeberrad gebildet.
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Nach der Montage der Nockenwelle am Zylinderkopf werden die Distanzstücke bzw. wird das Distanzmodul entfernt.
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Neben der vereinfachten Montage der Nockenwelle am Zylinderkopf werden durch die Distanzstücke auch beim Transport der Nockenwelle axiale Verschiebungen der Nockenträger gegenüber der Grundnockenwelle vermieden.
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Durch das Verfahren zur Montage der Nockenwelle am Zylinderkopf einer Brennkraftmaschine ist die Handhabung der vormontierten Nockenwelle deutlich vereinfacht. Vor allem kann die vormontierte Nockenwelle am Zylinderkopf der Brennkraftmaschine montiert werden, ohne dass Kugelrasten die Montage erschwerend beeinflussen.
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Im Folgenden ist das erfindungsgemäße Verfahren zur Montage einer Nockenwelle am Zylinderkopf einer Brennkraftmaschine anhand von einem Ausführungsbeispiel im Zusammenhang mit zwei Figuren dargestellt und erläutert.
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Es zeigen:
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1 eine Schnittdarstellung durch eine Nockenwelle, in der die Nockenträger von den Kugelrasten in der Mittelposition der Rastnuten gehalten werden, in der die Nockenwelle nicht am Zylinderkopf montiert werden kann,
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2 eine Schnittdarstellung durch einen Nockenträger mit aufgesetztem Distanzmodul, in der die Nockenträger durch die Montagehilfe in eine Montageposition verschoben sind, in der die Nockenwelle am Zylinderkopf montiert werden kann, sowie
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2a eine Querschnittdarstellung durch die Nockenwelle mit aufgesetztem Distanzmodul.
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Eine Brennkraftmaschine mit sechs v-förmig angeordneten Zylindern, mit zwei Zylinderbänken und mit jeweils zwei obenliegenden Nockenwellen zum Antrieb eines Kraftfahrzeuges ist mit einer Vorrichtung zum Verstellen des Hubes und der Öffnungszeiten der einlassseitigen Gaswechselventile ausgestattet. Die Vorrichtung besteht aus drei Nockenträgern, die in jeder Zylinderbank auf der die einlassseitigen Gaswechselventile betätigenden Grundnockenwelle drehfest und axial verschiebbar angeordnet sind.
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Die die Drehfestigkeit bei gleichzeitiger axialer Verschiebbarkeit ermöglichende Verbindung zwischen der Grundnockenwelle und den Nockenträgern besteht in einer Verzahnung, die auf der Grundnockenwelle als Außenverzahnung und in dem Nockenträger als Innenverzahnung ausgebildet ist.
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Jeder Nockenträger einer Grundnockenwelle ist genau einem Zylinder zugeordnet, wobei jeder Zylinder der Brennkraftmaschine einlassseitig zwei Gaswechselventile aufweist. Entsprechend sind auf jedem Nockenträger zwei Nocken ausgebildet, wobei jeder Nocken ein einlassseitiges Gaswechselventil betätigt. Jeder der zwei Nocken weist jeweils zwei sich unterscheidende Nockenlaufbahnen auf, die axial versetzt aus einem gemeinsamen Grundkreis des Nockens hervorgehen. Dabei bewirkt eine Nockenlaufbahn eine kleine Hubhöhe des Gaswechselventils und die andere Nockenlaufbahn eine große Hubhöhe des Gaswechselventils. Die Nockenlaufbahn mit der kleinen Hubhöhe wird bei Motordrehzahlen unterhalb 2500 Umdrehungen pro Minute geschaltet, die Nockenlaufbahn mit der großen Hubhöhe wird bei Motordrehzahlen oberhalb 2500 Umdrehungen pro Minute geschaltet.
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Zwischen den beiden Nocken wird ein Nockenträger von einem Lagerblock umfasst, der die Lagerung der Nockenwelle bildet. Die untere Hälfte des Lagerblockes ist direkt am Zylinderkopf ausgebildet. Die obere Hälfte eines Lagerblockes wird von einer Lagerschale gebildet, wobei alle Lagerschalen einer Zylinderbank zu einem gemeinsamen Bauteil, dem Leiterrahmen, zusammengefasst sind. Die Lagerblöcke bilden mit ihren seitlichen Flächen Anschlagsflächen für die Nocken eines Nockenträgers, wodurch die Position der Nockenlaufbahnen zu den Gaswechselventilen definiert wird.
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Zum axialen Verschieben ist an beiden Seiten der Nockenträger jeweils ein als separates Bauteil ausgebildeter Schneckentrieb angeordnet, in dem als Vertiefung eine Kurvenbahn ausgebildet ist. Die Kurvenbahnen der zwei Schneckentriebe eines Nockenträgers sind dabei zueinander spiegelbildlich ausgebildet, wodurch das axiale Verschieben des Nockenträgers auf der Grundnockenwelle in beide Richtungen möglich ist.
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Das axiale Verschieben der Nockenträger erfolgt durch radial zur Grundnockenwelle angeordnete Stellglieder, die vorteilhaft als elektromagnetische Ventile ausgebildet sind. Die Stellglieder sind fest mit dem Zylinderkopf der Brennkraftmaschine verbunden. Durch die Elektromagneten kann der Betätigungsstift ausgefahren und zurückgezogen werden. Im ausgefahrenen Zustand greift der Betätigungsstift in die die Kurvenbahn bildende Vertiefung eines Schneckentriebes, wobei der Nockenträger beim Betrieb der Brennkraftmaschine durch die Drehung der Grundnockenwelle axial verschoben wird.
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Um das ungewollte Verschieben der Nockenträger beim Betrieb der Brennkraftmaschine zu vermeiden ist in der Grundnockenwelle für jeden Nockenträger eine Rastvorrichtung vorgesehen. Die Rastvorrichtung besteht aus einer Druckfeder und einer Rastkugel, die in einer Bohrung der Grundnockenwelle angeordnet sind. Durch die Druckfeder wird die Rastkugel radial nach außen aus der Grundnockenwelle heraus verschoben.
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In jedem Nockenträger sind entsprechend den zwei Nockenlaufbahnen zwei Rastnuten ausgebildet, in welche die Rastkugel zum Fixieren des Nockenträgers einrastet. Die Rastnuten sind im Axialschnitt ellipsensegmentförmig ausgebildet, können aber auch kreissegment- oder rampenförmig ausgebildet werden. Dabei ist die Breite der Rastnut deutlich größer als der Durchmesser der Rastkugel. Die Rastnuten und die Rastkugel sind dabei so zueinander angeordnet, dass der Nockenträger axial gegen jeweils eine Anschlagsfläche des Lagerblockes verschoben wird, indem die Druckfeder die Rastkugel gegen eine Seite der ellipsensegmentförmigen Rastnut verschiebt. Die Anordnung ist so ausgelegt, dass das Verschieben gegen den Lagerblock auch dann erfolgt, wenn die Grundnockenwelle sich gegenüber den Lagerblocken beispielsweise durch unterschiedliche thermische Ausdehnungen verschiebt.
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Zur Montage einer Nockenwelle im Zylinderkopf der Brennkraftmaschine müssen die Nockenstücke auf der Grundnockenwelle in eine Position gebracht werden, in der die Grundnockenwelle mit den Nockenträgern zwischen den Lagerblöcken montiert werden kann. Dazu müssen zuerst die Nockenstücke auf die Grundnockenwelle aufgeschoben werden, wobei die exakte Winkellage der Nocken zur Grundnockenwelle zu beachten ist, damit die Brennkraftmaschine das Arbeitsspiel korrekt durchlaufen kann. Dann wird jeder Nockenträger auf eine zuvor bestimmte Rastnut geschoben.
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1 zeigt eine Schnittdarstellung durch eine Nockenwelle 1, auf der die Nockenträger 2 von den Kugelrasten 6 in der Mittelposition der ellipsensegmentförmigen Rastnut 8 gehalten werden, in der eine Rastkugel 6 am weitesten durch die Druckfeder 7 aus der Bohrung in der Grundnockenwelle 9 verschoben wird. In der die Mittelposition einnehmenden Stellung der Nockenträger 2 kann die Nockenwelle 1 nicht an dem die unteren Lagerschalen a tragenden Zylinderkopf montiert werden, da alle drei Nockenträger 2 gegen die unteren Lagerschalen a des Zylinderkopfes stoßen würden.
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Um die Nockenträger 2 in eine Montageposition zu bringen, in der sie am Zylinderkopf montiert werden können, ist ein Distanzmodul 10 vorgesehen, das aus einem gemeinsamen Träger 11 und mehreren Distanzstücken 12 zusammengesetzt ist. Um eine definierte Position zur Nockenwelle 1 einzunehmen stützt sich das Distanzmodul 10 gegen mindestens ein Bauteil ab, das fest mit der Grundnockenwelle 9 verbunden ist, und das radial von der Grundnockenwelle 9 absteht. Bei der dargestellten Grundnockenwelle 9 bieten sich dafür das Axiallager 3 und/oder das Nockenwellenrad 4 an. Zudem dient der dem Nockenwellenrad 4 auf der Grundnockenwelle 9 gegenüberliegende Hallgeber beim Aufsetzen des Distanzmoduls 10 als Anschlag. Beim Aufsetzen auf die Grundnockenwelle 9 drücken sich die Distanzstücke 12 zwischen zwei Nockenträger 2 bzw. zwischen den äußeren Nockenträger 2 und das Axiallager 3 und verschieben durch jeweils eine als Rampe ausgebildete Seitenfläche der Distanzstücke 12 die Nockenträger 2 in die Montageposition.
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Zum vereinfachten Aufsetzen und zum selbsttätigen Zentrieren des Distanzmoduls 10 auf der Grundnockenwelle 9 sind die Distanzstücke 12 an ihren äußeren, auf die Grundnockenwelle 9 aufzusetzenden Enden voneinander gespreizt ausgebildet.
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Dabei sind die Distanzstücke 12 so geformt, dass sie die Grundnockenwelle 9 fest umfassen und auf dieser einrasten, so dass die Nockenwelle 1 durch das einen Griff 13 aufweisende Distanzmodul 10 transportiert werden kann.
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Um eine immer gleiche, feste Winkellage des Distanzmoduls 10 zur Grundnockenwelle 9 einzunehmen sind an der Innenseite der Distanzstücke 12 als Marken Ausformungen 14 ausgebildet, die in Schrauberfreigänge 5 greifen, die an der Grundnockenwelle 9 ausgebildet sind.
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2 zeigt eine Schnittdarstellung durch die Nockenwelle 1 mit aufgesetztem Distanzmodul 10, in der die Nockenträger 2 durch die Distanzstücke 12 in die Montageposition verschoben sind, in der die Nockenwelle 1 am Zylinderkopf montiert werden kann.
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Das Distanzmodul 10 ist aus Stahl gefertigt, wobei die Distanzstücke 12 einen nicht dargestellten Überzug aus Teflon aufweisen, um ein Kratzen beispielsweise an den Nockenträgern 2 zu vermeiden.
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An dem Distanzmodul 10, insbesondere an den Distanzstücken 12, sind ebenfalls nicht dargestellte Markierungen ausgebildet, welche die Sollposition der Nocken der Nockenträger 2 ausweisen. Stimmt die Istposition der Nocken mit den Markierungen nicht überein, ist zu erkennen, dass die Ausrichtung der Nockenträger 2 zur Grundnockenwelle 9 fehlerhaft ist und korrigiert werden muss. Dazu wird zumindest der betroffene Nockenträger 2 von der Grundnockenwelle 9 abgezogen, gedreht, und wieder aufgeschoben.
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In einer nicht beanspruchten einfachen Ausführungsform werden die Distanzstücke aus Kunststoff gefertigt und einzeln zwischen die Nockenträger bzw. zwischen einen Nockenträger und das Axiallager gedrückt. Die Distanzstücke einer Grundnockenwelle können vorteilhaft durch eine Schnur miteinander verbunden sein.
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Durch das beschriebene Verfahren zur Montage der Nockenwelle am Zylinderkopf einer Brennkraftmaschine mittels eines Montagemoduls wird die Handhabung der vormontierten Nockenwelle deutlich vereinfacht, wobei insbesondere die Nockenstücke durch einen Arbeitsschritt in die Montageposition verschoben und am Zylinderkopf der Brennkraftmaschine montiert werden können.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Nockenwelle
- 2
- Nockenträger
- 3
- Axiallager
- 4
- Nockenwellenrad
- 5
- Schrauberfreigänge
- 6
- Rastkugel
- 7
- Druckfeder
- 8
- Rastnut
- 9
- Grundnockenwelle
- 10
- Distanzmodul
- 11
- Träger
- 12
- Distanzhülse
- 13
- Griff
- 14
- Ausformung
- a
- Untere Lagerschalen
