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Die
Erfindung betrifft eine Nockenwelleneinheit nach dem Oberbegriff
des Anspruchs 1.
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Es
sind bereits Nockenwelleneinheiten mit einer Verbindungseinheit,
die dazu vorgesehen ist, eine Nockenwelle und eine Nockenwellenverstelleinheit
miteinander zu verbinden, und die eine Führungseinheit für eine koaxiale
Positionierung und eine Positionierungseinheit zur Winkelpositionierung aufweist,
bekannt.
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Der
Erfindung liegt insbesondere die Aufgabe zugrunde, einen Montageprozess
der Nockenwelleneinheit zu vereinfachen. Sie wird gemäß der Erfindung
durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Weitere Ausgestaltungen
ergeben sich aus den Unteransprüchen.
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Die
Erfindung geht aus von einer Nockenwelleneinheit mit einer Verbindungseinheit,
die dazu vorgesehen ist, eine Nockenwelle und eine Nockenwellenverstelleinheit
miteinander zu verbinden, und die eine Führungseinheit für eine koaxiale
Positionierung und eine Positionierungseinheit zur Winkelpositionierung
aufweist.
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Es
wird vorgeschlagen, dass die Nockenwelleneinheit eine Sicherheitsvorrichtung
aufweist, die dazu vorgesehen ist, in zumindest einem Montageschritt
eine fehlerhafte Winkelpositionierung zu signalisieren. Dadurch
kann eine fehlerhafte Winkelmontage, bei der die Positionierungseinheit
fehlerhaft positioniert ist, einfach erkannt werden, wodurch eine
Wahrscheinlichkeit einer Fehlmontage verringert und somit ein Montageprozess
vereinfacht werden kann. Vorzugsweise ist die Sicherheitsvorrichtung
dazu vorgesehen, eine fehlerhafte Winkelpositionierung in einem
automatisierbaren Montageschritt zu signalisieren, wie beispielsweise
in einem von einem Roboter durchgeführten Montageschritt. Unter „signalisieren” soll dabei
insbesondere eine Signalisierung verstanden werden, die automatisiert
oder teilautomatisiert erkannt und ausgewertet werden kann. Unter „vorgesehen” soll insbesondere
ausgestattet und/oder ausgelegt verstanden werden. Unter einer „Winkelpositionierung” soll insbesondere
eine relative Positionierung zwischen der Nockenwelle und zumindest
einem Teil der Nockenwellenverstelleinheit in Bezug auf Verdrehung
entlang einer Rotationsachse der Nockenwelleneinheit verstanden
werden.
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Vorzugsweise
ist die Sicherheitsvorrichtung dazu vorgesehen, bei einer fehlerhaften
Winkelpositionierung eine Vormontage zu verhindern. Unter einer „Vormontage” soll dabei
insbesondere verstanden werden, dass die Nockenwelle und die Nockenwellenverstelleinheit
mittels der Führungseinheit
miteinander verbunden sind. Unter „verbunden” soll insbesondere eine Verbindung
in radialer Richtung verstanden werden. Vorteilhafterweise sind
bei der Vormontage die Nockenwelle und die Nockenwellenverstelleinheit
in einer Montagerichtung, die vorzugsweise in axialer Richtung gerichtet
ist, zueinander verschiebbar. Insbesondere soll unter einer Vormontage ein
Montageschritt verstanden werden, in dem auf eine feste Ver bindung
mittels eines Befestigungsmittels, wie beispielsweise mittels einer
Schraubverbindung, verzichtet wird. Vorteilhafterweise werden die Nockenwelle
und die Nockenwellenverstelleinheit nachfolgend auf den Montageschritt
fest miteinander verbunden.
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Weiter
wird vorgeschlagen, dass die Sicherheitsvorrichtung zumindest teilweise
einstückig
mit der Führungseinheit
und/oder Positionierungseinheit ausgeführt ist. Dadurch kann eine
besonders einfache und kostengünstige
Realisierung erreicht werden.
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In
einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird vorgeschlagen,
dass eine Positionierungslänge
der Positionierungseinheit zumindest gleich groß ist wie eine Führungslänge der
Führungseinheit.
Dadurch kann einfach eine fehlerhafte Winkelpositionierung einfach
signalisiert werden, indem beispielsweise externe Führungskräfte, die
zur Vormontage vorgesehen sind, aufgehoben werden. Unter einer „Führungslänge” soll insbesondere
eine Länge
verstanden werden, in der die Führungseinheit
die Nockenwelle und die Nockenwellenverstelleinheit zueinander führt. Vorzugsweise
führt die
Führungseinheit
die Nockenwelle und die Nockenwellenverstelleinheit in einer Montagerichtung,
die vorteilhafterweise parallel zu der Rotationsachse der Nockenwelle
gerichtet ist. Unter einer „Führung” soll ferner
insbesondere verstanden werden, dass die Verbindungseinheit dazu
vorgesehen ist, Kräfte
aufzunehmen, die zwischen der Nockenwelle und der Nockenwellenverstelleinheit
im Wesentlichen senkrecht zu der Montagerichtung wirken. Insbesondere
soll unter einer Führung
verstanden werden, dass Kräfte und/oder
Momente, die bei einer insbesondere in einer horizontalen Einbaulage
fixierten Nockenwelle auf die mittels der Führungseinheit vormontierte
Nockenwellenverstelleinheit wirken, mittels der Führungseinheit
aufgenommen werden, wodurch die Nockenwellenverstelleinheit in der
vormontieren Einbaulage verbleibt.
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Ferner
wird vorgeschlagen, dass die Führungseinheit
eine Passeinheit mit einer Passtiefe aufweist, die in etwa gleich
groß oder
kleiner ist als die Positionierungslänge der Positionierungseinheit.
Dadurch ist eine besonders einfache Sicherheitsvorrichtung realisierbar.
Unter einer Passeinheit soll dabei insbesondere eine zumindest in
radialer Richtung spielfreie Passung verstanden werden, die dazu
vorgesehen ist, die Nockenwelle und die Nockenwellenverstelleinheit
koaxial zueinander zu positionieren.
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Weiter
wird vorgeschlagen, dass die Passeinheit einen ersten, der Nockenwellenverstelleinheit zugeordneten
Passsitz und einen zweiten, der Nockenwelle zugeordneten Passsitz
aufweist. Dadurch kann einfach eine Winkelpositionierung erreicht
werden.
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Vorzugsweise
weist die Führungseinheit
zumindest ein Führungselement
auf, das zumindest einen von einem Passdurchmesser der Passeinheit abweichenden
Führungsdurchmesser
aufweist. Dadurch können
radial wirkende Kräfte
vorteilhaft zur Signalisierung genutzt werden.
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In
einer vorteilhaften Ausgestaltung wird vorgeschlagen, dass das Führungselement
mit zumindest einem der Teile der Passeinheit verbunden ist. Dadurch
kann eine konstruktiv besonders einfache Ausgestaltung erreicht
werden.
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Weiter
wird vorgeschlagen, dass das Führungselement
benachbart zu zumindest einem Teil der Passeinheit angeordnet ist.
Dadurch kann eine einfache und kompakte Ausführung erreicht werden. Unter „benachbart” soll dabei
insbesondere unmittelbar neben verstanden werden.
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Insbesondere
ist vorteilhaft, wenn das Führungselement
axial benachbart zu zumindest einem Teil der Passeinheit angeordnet
ist. Dadurch kann insbesondere eine kompakte Ausgestaltung erreicht werden.
Unter „axial” benachbart
soll in diesem Zusammenhang insbesondere benachbart in einer Richtung
parallel zu der Rotationsachse verstanden werden.
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Weiter
wird vorgeschlagen, dass in zumindest einem Montageschritt das Führungselement und
zumindest ein Teil der Passeinheit axial überschneidend angeordnet sind.
Dadurch kann das Führungselement
einfach zur Signalisierung der fehlerhaften Winkelpositionierung
genutzt werden. Insbesondere ist es vorteilhaft, wenn das Führungselement
und der zumindest eine Teil der Passeinheit bei einer fehlerhaften
Winkelpositionierung in einem Montageschritt axial überschneidend
angeordnet sind. Unter „axial überschneidend” soll in
diesem Zusammenhang insbesondere verstanden werden, dass das Führungselement
und der zumindest eine Teil der Passeinheit in einer gemeinsamen
Querschnittsebene senkrecht zu der Rotationsachse angeordnet sind.
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In
einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird vorgeschlagen,
dass das Führungselement
eine Fase aufweist. Dadurch ist eine konstruktiv besonders einfache
Ausgestaltung möglich.
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Für die Ausgestaltung
des Führungselements,
insbesondere die Ausgestaltung mit der Fase, sind verschiedene Ausführungen
denkbar. Es ist beispielsweise möglich,
das Führungselement
der Nockenwellenverstelleinheit zuzuordnen und mit dem der Nockenwellenverstelleinheit
zugeordneten Passsitz zu verbin den. Ist der Passsitz der Nockenwellenverstelleinheit
als eine Ausnehmung ausgebildet, weist das Führungselement vorteilhafterweise
einen Führungsdurchmesser
auf, der sich in eine von dem Passsitz abgewandte Richtung vergrößert. Ist
der Passsitz der Nockenwellenverstelleinheit als eine Erhebung ausgebildet,
weist das Führungselement
vorteilhafterweise einen Führungsdurchmesser
auf, der sich in eine von dem Passsitz abgewandte Richtung verkleinert.
Grundsätzlich
ist es auch möglich,
das Führungselement
mit der Nockenwelle zuzuordnen und mit dem der Nockenwelle zugeordneten
Passsitz zu verbinden. Eine derartige Ausführung ist mit einer analogen
Ausgestaltung realisierbar.
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Weitere
Vorteile ergeben sich aus der folgenden Zeichnungsbeschreibung.
In den Zeichnungen ist ein Ausführungsbeispiel
der Erfindung dargestellt. Die Zeichnungen, die Beschreibung und
die Ansprüche
enthalten zahlreiche Merkmale in Kombination. Der Fachmann wird
die Merkmale zweckmäßigerweise
auch einzeln betrachten und zu sinnvollen weiteren Kombinationen
zusammenfassen.
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Dabei
zeigen:
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1 einen
Querschnitt durch eine erfindungsgemäße Nockenwelleneinheit und
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2 eine
perspektivische Darstellung der Nockenwelleneinheit bei einer fehlerhaften
Winkelpositionierung.
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1 zeigt
eine Nockenwelleneinheit einer Brennkraftmaschine. Die Nockenwelleinheit
weist eine Nockenwelle 11 auf, die dazu vorgesehen ist, nicht
näher dargestellte
Gaswechselventile der Brennkraftmaschine zu betätigen. Weiter weist die Nockenwelleneinheit
eine Nockenwellenverstelleinheit 12 auf, die dazu vorgesehen
ist, eine Phasenlage der Nockenwelle 11 in Bezug auf eine
nicht näher dargestellte
Kurbelwelle zu verstellen. Die Nockenwelle 11 und die Nockenwellenverstelleinheit 12 sind drehbar
um eine Rotationsachse 27 angeordnet. In montiertem Zustand
bildet die Rotationsachse 27 eine gemeinsame Rotationsachse
für die
Nockenwelle 11 und die Nockenwellenverstelleinheit 12.
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Die
Nockenwellenverstelleinheit 12 ist als ein hydraulischer
Versteller ausgebildet. Er arbeitet nach dem Prinzip eines Flügelzellenverstellers. 1 zeigt
dabei ein Innenteil 28 der Nockenwellenverstelleinheit,
das relativ zu einem nicht näher
dargestellten Außenteil
verstellbar ist. Das Außenteil
ist wirkungsmäßig mit
der Kurbelwelle verbunden. Das Innenteil 28 ist dazu vorgesehen,
drehfest mit der Nockenwelle 11 verbunden zu werden.
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Um
die Nockenwelle 11 und die Nockenwellenverstelleinheit 12 drehfest
miteinander zu verbinden, weist die Nockenwelleneinheit eine Verbindungseinheit 10 auf.
Die Verbindungseinheit 10 weist eine Führungseinheit 13 und
eine Positionierungseinheit 14 auf. Die Führungseinheit 13 ist
dazu vorgesehen, die Nockenwelle 11 und die Nockenwellenverstelleinheit 12 koaxial
zueinander auszurichten. Die Positionierungseinheit 14 ist
dazu vorgesehen, eine Winkelpositionierung zwischen der Nockenwelle 11 und
der Nockenwellenverstelleinheit 12 zu definieren. Um einen
ordnungsgemäßen Betrieb
der Brennkraftmaschine sicherzustellen, muss die Phasenlage der
Nockenwelle 11 in Bezug auf die Kurbelwelle einen vordefinierten
Wert aufweisen.
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Die
Führungseinheit
weist eine Passeinheit 18 auf. Die Passeinheit 18 weist
einen ersten Passsitz 20 und einen zweiten Passsitz 21 auf,
die dazu vorgesehen sind, radial spielfrei ineinander zu greifen
und die Nockenwellenverstelleinheit 12 und die Nockenwelle 11 koaxial
auszurichten. Ferner ist die Passeinheit 18 dazu vorgesehen,
einen axialen Montageweg zu begrenzen.
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Der
erste Passsitz 20 ist der Nockenwellenverstelleinheit 12 zugeordnet.
Der erste Passsitz 20 ist als eine Ausnehmung ausgebildet.
Der zweite Passsitz 21 ist der Nockenwelle 11 zugeordnet.
In montiertem Zustand greift der zweite Passsitz 21 in den
als Ausnehmung ausgebildeten ersten Passsitz 20 ein. Die
Passsitze 20, 21 weisen einen gemeinsamen Passdurchmesser 23 auf,
mittels dem die Passsitze 20, 21 in radialer Richtung
spielfrei zueinander angeordnet werden können.
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Die
Positionierungseinheit 14 weist zwei Positionierelemente 29, 30 auf.
Das Positionierelement 29 ist der Nockenwellenverstelleinheit 12 zugeordnet.
Das zweite Positionierelement ist der Nockenwelle 11 zugeordnet.
Die Positionierelemente 29, 30 sind dazu vorgesehen,
formschlüssig
ineinander zu greifen. Sie sind radial versetzt zu der Rotationsachse 27 angeordnet.
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Das
Positionierelement 29 ist als eine Ausnehmung ausgebildet.
Es ist in den ersten Passsitz 20 eingebracht, der der Nockenwellenverstelleinheit 12 zugeordnet
ist. Das Positionierelement 30 ist als eine Erhebung ausgebildet.
Es kann dabei nur in die Ausnehmung eingreifen, wenn die Nockenwelle 11 und
die Nockenwellenverstelleinheit 12 in der vordefinierten
Phasenlage zueinander angeordnet sind. Das als Ausnehmung ausgebildete
Positionierelement 29 ist als eine Bohrung ausgeführt. Das
als Erhebung ausgeführte
Positionierelement 30 ist als ein Stift ausgeführt. Es
ist mit der Nockenwelle 11 verbunden.
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Um
eine fehlerhafte Winkelpositionierung bei einer Montage der Nockenwelleneinheit
erkennen zu können,
weist die Nocken- Welleneinheit
eine Sicherheitsvorrichtung 15 auf, die in einem Montageschritt der
Nockenwelleneinheit eine fehlerhafte Winkelpositionierung signalisiert.
Mittels der Sicherheitsvorrichtung 15 wird bei einer fehlerhaften
Winkelpositionierung eine Vormontage verhindert. Die Sicherheitsvorrichtung 15 ist
einstückig
mit der Führungseinheit 13 und
der Positionierungseinheit 14 ausgeführt.
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Die
Führungseinheit 13 weist
eine Führungslänge 17 auf, über die
die Führungseinheit 13 die
Nockenwelle 11 und die Nockenwellenverstelleinheit 12 führt. Die
Nockenwelle 11 und die Nockenwellenverstelleinheit 12 werden
dabei in axialer Richtung geführt.
Eine radiale Bewegung wird durch die Führungseinheit 13 begrenzt.
Mittels der Führungseinheit 13 werden
die Nockenwelle 11 und die Nockenwellenverstelleinheit 12 koaxial
zueinander geführt. Sie
sind über
die Führungslänge 17 axial
verschiebbar. Die Führungslänge 17 entspricht
einer Passtiefe 19 der Passeinheit 18, in der
die Passsitze 20, 21 ineinander eingreifen.
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Für eine Ausgestaltung
der Sicherheitsvorrichtung 15 weist die Führungseinheit 13 ein
Führungselement 22 auf.
Das Führungselement
weist Führungsdurchmesser 24, 25 auf,
die von einem Passdurchmesser 23 der Passeinheit 18 abweichen. Das
Führungselement 22 ist
der Nockenwellenverstelleinheit 12 zugeordnet. Es ist in
axialer Richtung benachbart zu dem ersten Passsitz 20 angeordnet. Der
erste Passsitz 20 und das Führungselement 22 sind
miteinander verbunden.
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Das
Führungselement 22 weist
auf einer dem Passsitz 20 zugewandten Seite den Führungsdurchmesser 24 auf,
der in etwa gleich groß ist
wie der Passdurchmesser 23 des Passsitzes 20.
Aufgrund der Ausgestaltung der Verbindungseinheit 10 ist
der Führungsdurchmesser 24 geringfügig größer als
der Passdurch messer 23. Er kann grundsätzlich auch gleich groß sein wie
der Passdurchmesser 23. Auf einer dem Passsitz 20 abgewandten
Seite weist das Führungselement
den Führungsdurchmesser 25 auf,
der wesentlich größer ist
als der Passdurchmesser 23. Ausgehend von dem Führungsdurchmesser 24 in
Richtung des Führungsdurchmessers 25 nimmt ein
Durchmesser des Führungselements
stetig zu. Das Führungselement 22 weist
eine Fase 26 auf, die mittels der zunehmenden Führungsdurchmesser 24, 25 ausgebildet
ist. Die Fase 26 ist über
einen kompletten Umfang des Führungselements 22 angebracht.
Sie nimmt einen Winkelbereich von 360 Grad über den Umfang des Führungselements 22 ein. Grundsätzlich ist
es aber auch denkbar, die Phase nur in einem Teilwinkelbereich des
Führungselements 22 anzuordnen.
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Das
Führungselement 22 ist
einstückig
mit einem Deckel 31 der Nockenwellerstelleinheit 12 ausgeführt. Der
Deckel 31 ist dazu vorgesehen, Verstellkammern des als
Flügelzellenverstellers
ausgebildeten Nockenwellenverstelleinheit 12 in zumindest eine
Richtung abzuschließen.
Die Ausgestaltung des Führungselements 22,
insbesondere die Ausgestaltung als Fase 26 mittels der
Führungsdurchmesser 24, 25,
wird dabei bei einem Herstellungsprozess des Deckels 31 direkt
mit ausgeformt. Eine Nachbearbeitung für die Ausformung des Führungselements 22 entfällt. Der
Deckel 31 und das Führungselement 22 werden
mittels eines Umformprozesses hergestellt.
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Bei
einem Montageprozess der Nockenwelleneinheit werden die Nockenwelle 11 und
die Nockenwellenverstelleinheit 12 zunächst vormontiert. In dem Montageprozess
ist die Nockenwelle 11 vorteilhafterweise in nahezu horizontaler
Richtung angeordnet und fixiert. Die Nockenwellenverstelleinheit 12 wird
an die Nockenwelle 11 herangeführt. Das Heranführen kann
dabei manuell oder teilautomatisiert bzw. vollautomatisiert geschehen.
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Bei
einer fehlerfreien Winkelpositionierung greifen die Passsitze 20, 21 der
Passeinheit 18 und die Positionierelemente 29, 30 der
Positionierungseinheit 14 ineinander ein. Dadurch sind
die Nockenwelle 11 und die Nockenwellenverstelleinheit 12 mittels
der Verbindungseinheit 10 miteinander verbunden. Die Nockenwelleneinheit
ist vormontiert. Durch die Passtiefe 19 der Passeinheit 18 ist
die Nockenwelleneinheit damit für
Kräfte,
die senkrecht zur Rotationsachse 27 wirken, verbunden.
Mittels der Führungseinheit 13,
der Passeinheit 18 und der Positionierungseinheit 14 ist
die Nockenwellenverstelleinheit in vormontiertem Zustand auch für Momente
verbunden, die aufgrund der Kräfte
senkrecht zur Rotationsachse 27 auftreten können.
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Bei
einer fehlerhaften Winkelpositionierung verhindert die Positionierungseinheit 14 eine
Vormontage der Nockenwelleneinheit (vgl. 2). Bei einer
fehlerhaften Winkelpositionierung können die Positionierelemente 29, 30 der
Positionierungseinheit 14 nicht ineinander greifen.
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Die
Positionierungseinheit 14 weist eine Positionierungslänge 16 auf,
die gleich groß ist
wie die Führungslänge 17 der
Führungseinheit 13.
Die Passtiefe der Passeinheit 18, die der Führungslänge 17 entspricht,
ist somit ebenfalls gleich groß wie
die Positionierungslänge 16.
Dadurch bleiben die Passsitze 20, 21 außerhalb
eines Eingriffs, wodurch eine Verbindung mittels der Verbindungseinheit 10 verhindert
wird. In einem solchen Montageschritt ist der zweite Passsitz 21,
der der Nockenwelle 11 zugeordnet ist, axial überschneidend
zu dem Führungselement 22 angeordnet.
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Wird
in diesem Montageschritt eine Führungskraft
einer nicht näher
dargestellten Vorrichtung, mittels der die Nockenwellenverstelleinheit 12 an
die Nockenwelle 11 herangeführt wird, geändert, verändert sich
eine Positionierung der Nockenwellenverstelleinheit 12 in
Bezug auf die Nockenwelle 11. Die Positionierung verändert sich
dabei insbesondere in radialer Richtung. Eine besonders vorteilhafte Veränderung
der Führungskraft
ist dabei insbesondere eine Verringerung einer Komponente der Führungskraft,
die einer Gravitationskraft entgegenwirkt, wodurch aufgrund der
Gravitationskraft eine resultierende Kraft auf die Nockenwellenverstelleinheit 12 wirkt,
die zu einer Veränderung
der Lage der Nockenwellenverstelleinheit 12 führt. Diese
Veränderung kann
mittels einer geeigneten Vorrichtung detektiert werden, wodurch
die fehlerhafte Winkelpositionierung signalisiert wird. Grundsätzlich ist
bei einer derartigen Ausführung
der Sicherheitsvorrichtung 15 eine Überprüfung auf eine fehlerhafte Winkelpositionierung
auch bei einer manuellen Montage möglich. Beispielsweise kann
durch ein kurzes Loslassen der Nockenwellenverstelleinheit 12 eine
korrekte Vormontage geprüft
werden, da bei einem kurzen Loslassen der Nockenwellenverstelleinheit 12 diese
herunterfallen würde,
falls sie fehlerhaft vormontiert ist. Ist sie dagegen fehlerfrei
vormontiert, gleicht die Verbindungseinheit 10 die Gravitationskraft
aus und die Nockenwellenverstelleinheit 12 verbleibt an
ihrem Platz.