DE102011081483A1

DE102011081483A1 - Verfahren zur vereinfachten und lagegenauen Fixierung eines Nockenwellenmoduls an einem Zylinderkopf

Info

Publication number: DE102011081483A1
Application number: DE102011081483A
Authority: DE
Inventors: Thomas Flender; Antonio Menonna; Falk Schneider; Stefan Steichele
Original assignee: Mahle International GmbH
Current assignee: Mahle International GmbH
Priority date: 2011-08-24
Filing date: 2011-08-24
Publication date: 2013-02-28
Also published as: CN103061836B; US9004033B2; CN103061836A; US20130055981A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur vereinfachten und lagegenauen Fixierung eines Nockenwellenmoduls (1) mit einer Nockenwelle (2) und Lagerböcken (4) an einem Zylinderkopf (5), bei dem – die Lagerböcke (4) in Axialrichtung und bezüglich eines Winkels ausgerichtete auf der Nockenwelle (2) befestigt werden, – die Nockenwelle (2) über zwei Ausrichtelemente (6, 6’) gegenüber dem Zylinderkopf (5) ausgerichtet wird, – die einzelnen Lagerböcke (4) mit dem Zylinderkopf (5) bei gleichzeitigem oder zwischenzeitlichem Drehen der Nockenwelle (2) festgeschraubt werden.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur vereinfachten und lagegenauen Fixierung eines Nockenwellenmoduls mit einer Nockenwelle und Lagerböcken an einem Zylinderkopf. Die Erfindung betrifft außerdem einen Verbrennungsmotor mit einem Zylinderkurbelgehäuse und einem derartigen Nockenwellenmodul zur Durchführung des Verfahrens.
Nockenwellen werden bei Verbrennungsmotoren zum Steuern der Ein- und Auslassventile benötigt und über sogenannte Lagerböcke an einem Zylinderkopf im Zylinderkurbelgehäuse des Verbrennungsmotors befestigt. Um dabei eine möglichst leichtgängige Lagerung der Nockenwelle erreichen zu können, ist es erforderlich, dass die Nockenwelle und die Lagerböcke exakt gegenüber dem Zylinderkopf ausgerichtet sind. Dies stellt jedoch die moderne Fertigung, bei welcher zunehmend vorgefertigte Nockenwellenmodule, das heißt Nockenwellenmodule mit Nockenwelle und bereits montierten Lagerböcken, von den Zulieferern gefordert und am Ort der Endmontage angeliefert werden sollen, vor nicht unerhebliche Probleme, da insbesondere das Ausrichten eines derart vorgefertigten Nockenwellenmoduls gegenüber dem Zylinderkopf erhebliche Schwierigkeiten bereitet.
Die vorliegende Erfindung beschäftigt sich daher mit dem Problem, ein Verfahren zur vereinfachten und lagegenauen Fixierung eines Nockenwellenmoduls mit einer Nockenwelle und diese lagernden Lagerböcken an einem Zylinderkopf anzugeben.
Dieses Problem wird erfindungsgemäß durch die Gegenstände der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Die vorliegende Erfindung beruht auf dem allgemeinen Gedanken, ein Nockenwellenmodul, welches eine Nockenwelle und diese lagernde Lagerböcke umfasst, mit zwei Ausrichtelementen zu versehen, die mit zwei an einem Zylinderkopf angeordneten und komplementär dazu ausgebildeten Ausrichtelementen in Eingriff bringbar sind, so dass das Nockenwellenmodul und damit auch die Nockenwelle selbst in einer exakt vordefinierten und ausgerichteten Position vergleichsweise einfach am Zylinderkopf angeordnet und anschließend fixiert werden kann. Zunächst werden bei dem erfindungsgemäßen Verfahren die Lagerböcke in Axialrichtung und bezüglich eines Winkels ausgerichtet auf der Nockenwelle befestigt. Hierdurch wird bereits eine leichtgängige Lagerung der Nockenwelle in den Lagerböcken gewährleistet. Zwei dieser Lagerböcke besitzen dabei jeweils zumindest ein Ausrichtelement, welche beim Anordnen des erfindungsgemäßen Nockenwellenmoduls am Zylinderkopf mit zumindest zwei am Zylinderkopf angeordneten und komplementär dazu ausgebildeten Ausrichtelementen zusammenwirken, wodurch eine statisch bestimmte Anordnung der Nockenwelle am Zylinderkopf erreicht wird. Ist die derart ausgerichtete Nockenwelle am Zylinderkopf angeordnet, werden die einzelnen Lagerböcke mit dem Zylinderkopf bei gleichzeitigem oder zwischenzeitlichem Drehen der Nockenwelle fest geschraubt. Das Drehen der Nockenwelle ermöglicht einen Ausgleich von Fertigungstoleranzen, ohne dabei die eigentliche Ausrichtung der Nockenwelle relativ zum Zylinderkopf zu beeinflussen. Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren ist es somit für einen Zulieferer möglich, bereits hinsichtlich der Lagerböcke und der Nockenwelle vorausgerichtete, leichtgängige und damit optimal eingestellte Nockenwellenmodule zu liefern, die dann über die an den Lagerböcken und am Zylinderkopf angeordneten Ausrichtelemente gegenüber dem Zylinderkopf ausgerichtet werden können und sich in dieser ausgerichteten Position einfach, beispielsweise mittels Festschrauben, am Zylinderkopf fixieren lassen. Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren können insbesondere bisher aufwändige Ausrichtvorgänge entfallen.
Die Erfindung beruht weiter auf dem allgemeinen Gedanken, bei einem Verbrennungsmotor, das heißt insbesondere an einem Zylinderkopf desselben und an einem im vorherigen Absatz beschriebenen, vorgefertigten Nockenwellenmodul Ausrichtelemente vorzusehen, wobei an zwei Lagerböcken des Nockenwellenmoduls jeweils zumindest ein Ausrichtelement vorgesehen ist, die mit komplementär dazu ausgebildeten Ausrichtelementen am Zylinderkopf zusammenwirken und ein statisch bestimmtes Ausrichten der Nockenwelle relativ zum Zylinderkopf entsprechend dem im vorherigen Absatz beschriebenen Verfahren ermöglichen. Zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist somit neben dem die Ausrichtelemente aufweisenden Nockenwellenmodul auch ein Zylinderkopf mit derartigen Ausrichtelementen erforderlich. Die Ausrichtelemente können beispielsweise als Passhülsen ausgebildet sein, die in entsprechende Passbohrungen am Zylinderkopf und/oder am Lagerbock eingreifen. Eine der Passbohrungen am Zylinderkopf oder am Lagerbock ist dabei als sich in Axialrichtung der Nockenwelle erstreckendes Langloch ausgebildet, um die statisch bestimmte Anordnung des Nockenwellenmoduls am Zylinderkopf zu ermöglichen. Insbesondere sollen hierdurch fertigungsbedingte Toleranzen ausgeglichen werden können, was ohne die als Langloch ausgebildete Passbohrung nicht möglich wäre und dadurch zwangsläufig zu einer statischen Überbestimmung führen würde. Alternativ zu den Passhülsen bzw. Passbohrungen können die Ausrichtelemente selbstverständlich auch als Nut und Feder bzw. als entsprechende Führungsflächen bzw. Führungsnuten oder Führungskonturen ausgebildet sein, wobei zumindest eine dieser Nut- und Federverbindung als in Axialrichtung der Nockenwelle verschiebliche Verbindung ausgebildet sein sollte, um die vorgenannten Fertigungstoleranzen kompensieren zu können und insbesondere eine statische Überbestimmtheit und daraus resultierende Spannungen vermeiden zu können.
Bei einer vorteilhaften Weiterbildung der erfindungsgemäßen Lösung sind die Ausrichtelemente jeweils an den äußersten Lagerböcken angeordnet. Durch die Anordnung der Ausrichtelemente an den äußersten Lagerböcken ist eine besonders exakte Ausrichtung des Nockenwellenmoduls und damit auch der Nockenwelle selbst relativ zum Zylinderkopf möglich.
Weitere wichtige Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, aus den Zeichnungen und aus der zugehörigen Figurenbeschreibung anhand der Zeichnungen.
Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert, wobei sich gleiche Bezugszeichen auf gleiche oder ähnliche oder funktional gleiche Bauteile beziehen.
Dabei zeigen, jeweils schematisch:
1 ein erfindungsgemäßes Nockenwellenmodul einer Nockenwelle und insgesamt sieben diese lagernden Lagerböcke,
2 eine Schnittdarstellung durch eine erste mögliche Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Lagerbocks und eines zugehörigen Zylinderkopfes mit einer ersten Ausführungsform eines Ausrichtelements,
3 eine Darstellung wie in 2, jedoch bei einer zweiten möglichen Ausführungsform des Ausrichtelements.
Entsprechend der 1, weist ein Nockenwellenmodul 1 eine Nockenwelle 2 mit drehfest darauf angeordneten Nocken 3 auf, die in üblicher und bekannter Weise zum Steuern von nicht gezeigten Ein- und Auslassventilen an einem Verbrennungsmotor dienen. Die Nockenwelle 2 ist über Lagerböcke 4 gelagert und über diese an einem Zylinderkopf 5 (vgl. die 2 und 3) fixiert. Gemäß der 1 ist dabei die Nockenwelle 2 über insgesamt sieben Lagerböcke 4 gelagert. Erfindungsgemäß weisen nun zwei der Lagerböcke 4 jeweils zumindest ein Ausrichtelement 6 auf, mit komplementär dazu ausgebildeten Ausrichtelementen 6’ am Zylinderkopf 5 zusammenwirken und ein statisch bestimmtes, das heißt zwangloses, Ausrichten der Nockenwelle 2 zum Zylinderkopf 5 ermöglichen. Die die Ausrichtelemente 6 aufweisenden Lagerböcke 4 sind dabei vorzugsweise die äußersten Lagerböcke 4, das heißt gemäß der 1 derjenige Lagerbock 4 der direkt benachbart zu einem Antriebselement 7, insbesondere einem Kettenrad, angeordnet ist sowie derjenige Lagerbock 4, der zum Antriebselement 7, insbesondere zum Kettenrad am weitesten entfernt angeordnet ist.
Das Ausrichtelement 6 kann beispielsweise als Passhülse 8 ausgebildet sein (vgl. 2), die in entsprechende Passbohrungen 9 am Zylinderkopf 5 und/oder am zugehörigen Lagerbock 4 eingreift. Die Passhülse 8 kann dabei von einer Befestigungsschraube 10 durchdrungen sein. Eine der Passbohrungen 9 am Zylinderkopf 5 oder am Lagerbock 4 ist dabei als sich in Axialrichtung der Nockenwelle 2 erstreckendes Langloch ausgebildet und ermöglicht dadurch eine Kompensation von unter Umständen auftretenden Fertigungstoleranzen und zugleich eine Vermeidung von Zwangsspannungen. Alternativ dazu kann das Ausrichtelement 6 auch als Feder 11 ausgebildet sein (vgl. 3), die in eine entsprechende Nut 12 eingreift. Die Feder 11 kann dabei entweder am Lagerbock 4 oder am Zylinderkopf 5 angeordnet sein, wobei dann die Nut 12 bzw. die Feder 11 am gegenüberliegenden Bauteil, das heißt am Zylinderkopf 5 bzw. am Lagerbock 4 angeordnet ist. 3 zeigt dabei die Ausbildung der Ausrichtelemente 6, 6’ als Nut 11 und Feder 12, wobei die Nut 12 sich in Axialrichtung der Nockenwelle 2 erstreckt, das heißt senkrecht zur Bildebene, und dadurch die statisch bestimmte Anordnung des Nockenwellenmoduls 1 am Zylinderkopf 5 ermöglicht.
Generell können die Lagerböcke 4 integrierte Wälzlager 13, beispielsweise Kugel- oder Nadellager, zur Lagerung der Nockenwelle 2 aufweisen. Das integrierte Wälzlager 13 kann dabei entweder einen mit dem zugehörigen Lagerbock 4 verpressten Außenring und einen mit der Nockenwelle 2 verpressten Innenring aufweisen, zwischen denen Wälzkörper abrollen oder aber das integrierte Wälzlager 13 weist einen mit dem zugehörigen Lagerbock 4 verpressten Außenring und direkt auf der Nockenwelle 2 abrollende Wälzkörper auf. In den 2 und 3 ist dabei die erste der beiden Alternativen gezeichnet. Bei integrierten Wälzlagern 13 mit Innenring werden die Lagerböcke 4 mittels Presssitz zwischen Lagerbockgehäuse und Außenring sowie mittels Presssitz zwischen Innenring und Nockenwelle 2 auf der Nockenwelle 2 axial vorpositioniert. Eine winkellagerichtige Vorpositionierung ist dabei vor der Montage auf dem Zylinderkopf 5 sicherzustellen. Anschließend kann die Nockenwelle 2, das heißt das Nockenwellenmodul 1 über die Ausrichtelemente 6 mit den Ausrichtelementen 6’ am Zylinderkopf 5 ausgerichtet und an diesem fixiert werden.
Selbstverständlich ist auch denkbar, dass die Nockenwelle 2 über Gleitlager gegenüber den Lagerböcken 4 gelagert ist. Bei Lagerböcken 4 mit integrierten Wälzlagern 13 ohne Innenring sowie bei Lagerböcken ohne Wälzlagerung, das heißt mit einem Gleitlager, müssen die Lagerböcke ebenfalls axial und winkellagerichtig in Bezug auf die Nockenwelle 2 vorpositioniert werden. Dies kann beispielsweise durch eine geeignete Transportverpackung in der Art einer Negativform, durch eine geclipste Kunststoffvorrichtung, die nach bzw. bei der Montage auf dem Zylinderkopf 5 entfernt wird (Kamm/Rechen) oder durch ein weiteres Motorelement, wie beispielsweise eine Kunststoffzylinderkopfhaube mit geeigneter Verclipsungsmöglichkeit, realisiert werden. Anschließend wird auch ein derart vorausgerichtetes Nockenwellenmodul 1 mittels der Ausrichtelemente 6, 6’ lagerichtig gegenüber dem Zylinderkopf 5 ausgerichtet und über entsprechende Befestigungsschrauben 10 am Zylinderkopf 5 fixiert. Dabei kann selbstverständlich ein Fixieren, das heißt ein Vorspannen der Lagerböcke 4 bzw. der Nockenwelle 2 gegenüber dem Zylinderkopf 5 während dem Anziehen der Befestigungsschrauben 10, beispielsweise durch ein Verpratzen, erfolgen.
Das erfindungsgemäße Nockenwellenmodul 1 ermöglicht auch eine vergleichsweise einfache und dennoch lagegenaue Fixierung der Nockenwelle 2 am Zylinderkopf 5, wobei zunächst die Lagerböcke 4 in Axialrichtung und bezüglich eines Winkels ausgerichtet auf der Nockenwelle 2 befestigt werden. Anschließend wird die Nockenwelle 2 über zumindest zwei Ausrichtelemente 6, 6’ gegenüber dem Zylinderkopf 5 ausgerichtet, wobei die beiden Ausrichtelementpaare 6, 6’ an zwei, vorzugsweise an den äußersten, Lagerböcken 4 angeordnet sind. Die einzelnen Lagerböcke 4 werden dann mit dem Zylinderbock 5 bei gleichzeitigem oder zwischenzeitlichem Drehen der Nockenwelle 2 fest geschraubt, um deren Leichtgängigkeit kontinuierlich überwachen zu können. Selbstverständlich kann dabei die Nockenwelle 2 und/oder zumindest einzelne Lagerböcke 4 oder beim Festschrauben gegen den Zylinderkopf 5 verspannt werden, wodurch ein unbeabsichtigtes Verdrehen der Lagerböcke 4 beim Festschrauben zusätzlich zumindest erschwert werden kann.
Mit den erfindungsgemäßen Ausrichtelementen 6, 6’ ist ein einfaches und zugleich lagegenaues Ausrichten des Nockenwellenmoduls 1 gegenüber dem Zylinderkopf 5 und damit ein vergleichsweise einfaches Montieren der Nockenwelle 2 am Zylinderkopf 5 möglich. Zugleich kann mit dem erfindungsgemäßen Nockenwellenmodul 1 eine leichtgängige Lagerung der Nockenwelle 2 garantiert werden.

Claims

Verfahren zur vereinfachten und lagegenauen Fixierung eines Nockenwellenmoduls (1) mit einer Nockenwelle (2) und Lagerböcken (4) an einem Zylinderkopf (5), bei dem – die Lagerböcke (4) in Axialrichtung und bezüglich eines Winkels ausgerichtete auf der Nockenwelle (2) befestigt werden, – die Nockenwelle (2) über zwei Ausrichtelemente (6, 6’) gegenüber dem Zylinderkopf (5) ausgerichtet wird, – die einzelnen Lagerböcke (4) mit dem Zylinderkopf (5) bei gleichzeitigem oder zwischenzeitlichem Drehen der Nockenwelle (2) festgeschraubt werden.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Nockenwelle (2) und/oder zumindest einzelne Lagerböcke (4) vor und beim Festschrauben gegen den Zylinderkopf (5) verspannt werden.
Verbrennungsmotor mit einem Zylinderkurbelgehäuse und einem Nockenwellenmodul (1), mit einer Nockenwelle (2) und Lagerböcken (4) zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass zwei Lagerböcke (4) jeweils zumindest ein Ausrichtelement (6) aufweisen, die mit komplementär dazu ausgebildeten Ausrichtelementen (6’) am Zylinderkopf (5) zusammenwirken und ein statisch bestimmtes Ausrichten der Nockenwelle (2) zum Zylinderkopf (5) ermöglichen.
Verbrennungsmotor nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausrichtelemente (6) als Passhülsen (8) ausgebildet sind, die in entsprechende Passbohrungen (9) am Zylinderkopf (5) und/oder am Lagerbock (4) eingreifen.
Verbrennungsmotor nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass eine Passbohrung (9) am Zylinderkopf (5) oder am Lagerbock (4) als sich in Axialrichtung der Nockenwelle (2) erstreckendes Langloch ausgebildet ist.
Verbrennungsmotor nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausrichtelemente (6, 6’) als Nut (12) und Feder (11) ausgebildet sind.
Verbrennungsmotor nach einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausrichtelemente (6) an den äußersten Lagerböcken (4) angeordnet sind.
Verbrennungsmotor nach einem der Ansprüche 3 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Lagerböcke (4) integrierte Wälzlager (13) zur Lagerung der Nockenwelle (2) aufweisen.
Verbrennungsmotor nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, – dass das integrierte Wälzlager (13) einen mit dem zugehörigen Lagerbock (4) verpressten Außenring und einen mit der Nockenwelle (2) verpressten Innenring aufweist, zwischen denen Wälzkörper abrollen, oder – dass das integrierte Wälzlager (13) einen mit dem zugehörigen Lagerbock (4) verpressten Außenring und direkt auf der Nockenwelle (2) abrollende Wälzkörper aufweist.
Verbrennungsmotor nach einem der Ansprüche 3 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Nockenwelle (2) über Gleitlager gegenüber den Lagerböcken (4) gelagert ist.