DE102013211161A1

DE102013211161A1 - Verfahren zur Montage einer verstellbaren Nockenwelle

Info

Publication number: DE102013211161A1
Application number: DE102013211161.4A
Authority: DE
Inventors: Jürgen Rommel; Falk Schneider
Original assignee: Mahle International GmbH
Current assignee: Mahle International GmbH
Priority date: 2013-06-14
Filing date: 2013-06-14
Publication date: 2014-12-31

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Montage einer verstellbaren Nockenwelle (1) mit einer Innenwelle (2) und einer Außenwelle (3), bei dem
– die zu montierende Nockenwelle (1) in eine Vorrichtung (7) eingelegt wird, die eine Ausrichtung von zumindest einem drehbar auf der Außenwelle (3) angeordneten ersten Nocken (5) relativ zur Innenwelle (2) ermöglicht,
– ein Ausrichtstift (8) mit Untermaß durch eine radiale Durchgangsöffnung (9) des ersten Nockens (5) und eine dazu fluchtende Bohrung (10) in der Innenwelle (2) geschoben und so der erste Nocken (5) relativ zu Innenwelle (2) ausgerichtet wird,
– dass ein Verbindungsstift (6) entgegen dem Ausrichtstift (8) durch die Durchgangsöffnung (9) und die Bohrung (10) eingeschoben wird, dabei den Ausrichtstift (8) herausschiebt und den ersten Nocken (5) drehfest mit der Innenwelle (2) verbindet, wobei der Verbindungsstift (6) bei montierter Nockenwelle (1) ein Übermaß bezüglich der Durchgangsöffnung (9) und der Bohrung (10) besitzt.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Montage einer verstellbaren Nockenwelle mit einer Innenwelle und einer diese rohrförmig umgebenden Außenwelle.
Bei der Herstellung sogenannter variabler Nockenwellen, bei welchen über eine Innenwelle ein drehfest damit verbundener erster Nocken relativ zu einer Außenwelle verstellbar ist, sind sehr hohe Anforderungen hinsichtlich der Ausrichtung der Innenwelle zur Außenwelle und damit der jeweils mit der Innenwelle verstifteten ersten Nocken mit drehfest auf der Außenwelle angeordneten zweiten Nocken erforderlich. Die besonders exakte Ausrichtung ist insbesondere zum Vermeiden eines Verklemmens der Wellen und für das exakte Einstellen von Ventilsteuerzeiten unerlässlich. Gerade das Ausrichten stellt jedoch bisher einen vergleichsweise aufwendigen, zeitintensiven und dadurch auch kostenträchtigen Vorgang dar.
Die vorliegende Erfindung beschäftigt sich daher mit dem Problem, ein Verfahren anzugeben, mittels welchem die Herstellung einer verstellbaren Nockenwelle vereinfacht und dadurch kostengünstiger gestaltet werden kann.
Dieses Problem wird erfindungsgemäß durch den Gegenstand des unabhängigen Anspruchs gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Die vorliegende Erfindung beruht auf dem allgemeinen Gedanken, zum Ausrichten einer Innenwelle relativ zu einer Außenwelle einer verstellbaren Nockenwelle eine entsprechende Vorrichtung einzusetzen, die einen verstellbaren Ausrichtstift aufweist sowie zusätzliche Halter, so dass in der Vorrichtung die Nockenwelle, d.h. konkret die Außenwelle und die Innenwelle, nicht nur relativ zueinander fixiert, sondern über den Ausrichtstift auch hinsichtlich ihrer Winkellage und Position exakt zueinander ausgerichtet werden können. Hierzu wird die zu montierende Nockenwelle zunächst in die Vorrichtung eingelegt, wobei diese Vorrichtung eine Ausrichtung von zumindest einem ersten drehbar auf der Außenwelle angeordneten Nocken relativ zur Innenwelle ermöglicht. Dieser erste Nocken besitzt üblicherweise eine Durchgangsöffnung, durch welche ein Verbindungsstift gesteckt wird, der zugleich in einer Bohrung der Innenwelle fixiert wird, und durch eine in Umfangsrichtung erstreckende Langlochbohrung in der Außenwelle mit Spiel durchgreift. Soll nunmehr der erste Nocken relativ zur Außenwelle verstellt werden, so geschieht dies über ein Verdrehen der Innenwelle relativ zur Außenwelle. Auf der Außenwelle selbst sind drehfest zweite Nocken angeordnet, so dass ein Verdrehen der Innenwelle relativ zur Außenwelle gleichzeitig auch eine Verstellung der ersten Nocken relativ zu den zweiten Nocken bewirkt. Zum Ausrichten der ersten Nocken relativ zur Innenwelle wird nun ein Ausrichtstift mit Untermaß, d.h. mit Spiel, durch eine radiale Durchgangsöffnung des ersten Nockens und die dazu fluchtend angeordnete Bohrung in der Innenwelle geschoben, wobei gleichzeitig die Nockenwelle an sich in der Vorrichtung fixiert wird. Anschließend wird ein Verbindungsstift entgegen dem Ausrichtstift durch die Durchgangsöffnung und die Bohrung eingeschoben, wodurch der Ausrichtstift herausgedrückt und zugleich der erste Nocken drehfest mit der Innenwelle verbunden wird. Der Verbindungsstift besitzt bei montierter Nockenwelle ein Übermaß bezüglich der Durchgangsöffnung und/oder der Bohrung und ist somit fest in diesen fixiert. Prinzipiell kann das Entfernen des Ausrichtstifts in einer Abfolge geschehen, indem die ausgerichteten Elemente, d.h. erster Nocken, Innenwelle und Außenwelle, mittels der Vorrichtung in deren Lage fixiert werden, so dass dann der Ausrichtstift entfernt und als Folgeschritt der Verbindungsstift eingebracht werden kann. Die Ausrichtung der einzelnen Elemente, deren Fixierung sowie das Einbringen des Verbindungsstiftes können dabei in einer verketteten Anlage erfolgen, d.h. dass die Vorrichtung zur Durchführung sämtlicher dieser Verfahrensschritte ausgebildet ist, wobei die einzelnen Elemente (Innenwelle, Außenwelle, erste Nocken) ausgerichtet auf einer geeigneten Trägereinheit transportiert werden können. Mittels der erfindungsgemäßen Vorrichtung bzw. des erfindungsgemäßen Verfahrens kann somit eine variable bzw. verstellbare Nockenwelle sehr genau und deutlich einfacher und auch deutlich schneller gefertigt werden.
Zweckmäßig wird der Verbindungsstift vor dem Einschieben in die Durchgangsöffnung und die Bohrung gekühlt, so dass bei montierter Nockenwelle ein thermischer Fügesitz zwischen dem Verbindungsstift und dem ersten Nocken einerseits und dem Verbindungsstift und der Innenwelle andererseits entsteht. Durch den gekühlten Verbindungsstift kann dieser somit mit Untermaß in die Durchgangsöffnung und die Bohrung eingeschoben werden und verspannt sich dort nach einem entsprechenden Temperaturausgleich.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der erfindungsgemäßen Lösung wird der Ausrichtstift vor dem Einschieben in die Durchgangsöffnung und die Bohrung erhitzt, so dass bei montierter Nockenwelle ein thermischer Fügesitz zwischen dem Verbindungsstift und dem ersten Nocken einerseits und dem Verbindungsstift und der Innenwelle andererseits entsteht. Durch einen stark erhitzten Ausrichtstift ist es möglich, dass sich sowohl die Durchgangsöffnung als auch die Bohrung dehnen, so dass der normal temperierte oder beispielsweise zusätzliche kühlende Verbindungsstift einfach eingeschoben werden kann. Nach einem thermischen Ausgleich erfolgt auch hier ein thermischer Presssitz.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der erfindungsgemäßen Lösung können die Innenwelle und die Außenwelle bezüglich ihrer Axialposition in der Vorrichtung fixiert werden. Dies erleichtert zusätzlich die Montage bzw. die Fertigung der Nockenwelle.
Zweckmäßig wird auf den Verbindungsstift und/oder in die Bohrung bzw. die Durchgangsöffnung ein Zusatzstoff zur Reduzierung von Fressverschleiß eingebracht, um bei geringer Temperaturdifferenz von Verbindungsstift zur Bohrung das Fügen zu ermöglichen. Dies sichert die Funktionsfähigkeit ab. Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der erfindungsgemäßen Lösung wird ein Ausrichtstift verwendet, der hinsichtlich seines Durchmessers verstellbar ist oder variiert. Hierdurch kann vor der Montage ein verringertes Spiel in der Bohrung der Innenwelle bis hin zu einem negativen Spiel eingestellt werden. Dies ermöglicht eine äußerst genaue Ausrichtung der Elemente an der Bohrung, was die Kosten für Komponenten und eventuell anfallenden Ausschuss reduziert.
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.
Es zeigen, jeweils schematisch
1 eine Vorrichtung zur Durchführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens zur Montage einer verstellbaren Nockenwelle,
2 unterschiedliche Ansichten auf eine nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellte verstellbare Nockenwelle.
Gemäß der 1 soll ein Verfahren zur Montage einer verstellbaren Nockenwelle 1 mit einer Innenwelle 2 und einer diese rohrförmig umgebenden Außenwelle 3 beschrieben werden. Auf der Außenwelle 3 sind drehfest angeordnete zweite Nocken 4 vorgesehen ebenso wie relativ zur Außenwelle 3 drehbar gelagerte erste Nocken 5. Die ersten Nocken 5 werden dabei über einen Verbindungsstift 6 drehfest mit der Innenwelle 2 verbunden. Zunächst wird dabei die Nockenwelle 1 in eine Vorrichtung 7 eingelegt, die eine Ausrichtung von zumindest einem drehbar auf der Außenwelle 3 angeordneten ersten Nocken 5 relativ zur Innenwelle 2 ermöglicht. Anschließend fährt ein Ausrichtstift 8 mit Untermaß durch eine radiale Durchgangsöffnung 9 des ersten Nockens 5 sowie eine dazu fluchtende Bohrung 10 in der Innenwelle 2. Sowohl die Durchgangsöffnung 9 als auch die Bohrung 10 verlaufen dabei orthogonal zu einer Achse 11 der Nockenwelle 1. Über den Ausrichtstift 8 ist eine exakte Ausrichtung des ersten Nockens 5 relativ zur Innenwelle 2 möglich, wobei die Nockenwelle 1 gleichzeitig in der Vorrichtung 7, beispielsweise über entsprechende dargestellte Halteeinrichtungen, fixiert werden kann. Der Ausrichtstift 8 wird dabei in einer ersten Richtung 12 die Durchgangsöffnung 9 und die Bohrung 10 geschoben. Anschließend wird der Verbindungsstift 6 entgegen der Richtung 12, d.h. entgegen dem Ausrichtstift 8, durch die Durchgangsöffnung 9 und die Bohrung 10 eingeschoben, wodurch der Ausrichtstift 8 herausgedrückt und zugleich der erste Nocken 5 drehfest mit der Innenwelle 2 verbunden wird. Bei fertig montierter Nockenwelle 1 besitzt dabei der Verbindungsstift 6 ein Übermaß bezüglich der Durchgangsöffnung 9 im Nocken 5 bzw. bezüglich der Bohrung 10.
Der Verbindungsstift 6 kann zur Realisierung einer Übermaßpassung vor dem Einschieben in die Durchgangsöffnung 9 und die Bohrung 10 gekühlt werden, so dass sich dieser erst anschließend ausdehnt und dann bei montierter Nockenwelle 1 den thermischen Fügesitz zwischen dem ersten Nocken 5 und dem Verbindungsstift 6 einerseits bzw. dem Verbindungsstift 6 und der Innenwelle 2 andererseits herstellt. Die Vorrichtung 7 ist dabei in der Lage, zumindest die ersten Nocken 5, sowie die Innenwelle 2 und die Außenwelle 3 bezüglich ihrer Winkelposition zu fixieren, beispielsweise über entsprechende Auflager bzw. Halter 13.
In analoger Weise kann beispielsweise auch der Ausrichtstift 8 vor dem Einschieben in die Durchgangsöffnung 9 und die Bohrung 10 erhitzt werden, so dass dieser die Durchgangsöffnung 9 und die Bohrung 10 aufweitet, um anschließend einen normal temperierten, beispielsweise Raumtemperatur aufweisenden, Verbindungsstift 6 einschieben zu können. Nach einem Temperaturausgleich, nach welchem sich die Durchgangsöffnung 9 und die Bohrung 10 hinsichtlich ihres Durchmessers reduzieren, entsteht auch hier ein thermischer Fügesitz.
Generell können die Innenwelle 2 und die Außenwelle 3 bezüglich ihrer Axialposition ebenfalls in der Vorrichtung 7 eben fixiert werden.
Auf den Verbindungsstift 6 und/oder in die Bohrung 10 bzw. Durchgangsöffnung 9 kann darüber hinaus ein Zusatzstoff zur Reduzierung von Fressverschleiß eingebracht werden um bei geringer Temperaturdifferenz von Verbindungsstift 6 zur Bohrung 10 das Fügen zu ermöglichen. Generell ist auch denkbar, dass der Ausrichtstift 8 hinsichtlich seines Durchmessers verstellbar ist oder variiert, um vor der Montage ein verringertes Spiel in der Bohrung 10 bis hin zu einem negativen Spiel einstellen zu können. Generell kann in der Vorrichtung 7 selbstverständlich auch mehr als ein Verbindungsstift 6 gleichzeitig montiert werden, wobei in diesem Fall die Vorrichtung 7 mehrere axial zueinander beabstandete Ausrichtstifte 8 aufweist.
Gemäß der 2 sind noch zwei Nockenwellen 1 gezeigt, wobei in der oberen Darstellung sämtliche Verbindungsstifte 6 gleich ausgerichtet sind, wogegen sie in der unteren Darstellung eine unterschiedliche Ausrichtung aufweisen.
Selbstverständlich kann mit dem erfindungsgemäßen Verfahren auch ein beliebiges anderes Bauelement anstatt des ersten Nockens 5, also beispielsweise ein Signalrad, ein Geberrad oder ähnliches, in gleicher ökonomisch effizienter und qualitativ hochwertiger Weise montiert werden.

Claims

Verfahren zur Montage einer verstellbaren Nockenwelle (1) mit einer Innenwelle (2) und einer diese rohrförmig umgebenden Außenwelle (3), bei dem – die zu montierende Nockenwelle (1) in eine Vorrichtung (7) eingelegt wird, die eine Ausrichtung von zumindest einem drehbar auf der Außenwelle (3) angeordneten ersten Nocken (5) relativ zur Innenwelle (2) ermöglicht, – ein Ausrichtstift (8) mit Untermaß durch eine radiale Durchgangsöffnung (9) des ersten Nockens (5) und eine dazu fluchtende Bohrung (10) in der Innenwelle (2) geschoben und so der erste Nocken (5) relativ zu Innenwelle (2) ausgerichtet wird, – dass ein Verbindungsstift (6) entgegen dem Ausrichtstift (8) durch die Durchgangsöffnung (9) und die Bohrung (10) eingeschoben wird, dabei den Ausrichtstift (8) herausschiebt und den ersten Nocken (5) drehfest mit der Innenwelle (2) verbindet, wobei der Verbindungsstift (6) bei montierter Nockenwelle (1) ein Übermaß bezüglich der Durchgangsöffnung (9) und der Bohrung (10) besitzt.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Verbindungsstift (6) vor dem Einschieben in die Durchgangsöffnung (9) und die Bohrung (10) gekühlt wird, sodass bei montierter Nockenwelle (1) ein thermischer Fügesitz zwischen dem Verbindungsstift (6) und dem erstem Nocken (5) einerseits und dem Verbindungsstift (6) und der Innenwelle (2) andererseits entsteht.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Ausrichtstift (8) vor dem Einschieben in die Durchgangsöffnung (9) und die Bohrung (10) erhitzt wird, sodass bei montierter Nockenwelle (1) ein thermischer Fügesitz zwischen dem Verbindungsstift (6) und dem erstem Nocken (5) einerseits und dem Verbindungsstift (6) und der Innenwelle (2) andererseits entsteht.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Nocken (5), die Innenwelle (2) und die Außenwelle (3) bezüglich ihrer Winkelposition in der Vorrichtung (7), beispielsweise über entsprechende Halter (14) fixiert werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Innenwelle (2) und die Außenwelle (3) bezüglich ihrer Axialposition in der Vorrichtung (7) fixiert werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass auf den Verbindungsstift (6) und/oder in die Bohrung (10) bzw. die Durchgangsöffnung (9) ein Zusatzstoff zur Reduzierung von Fressverschleiß eingebracht wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Ausrichtstift (8) hinsichtlich seines Durchmessers verstellbar ist oder variiert.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass in der Vorrichtung (7) zumindest zwei ersten Nocken (5) gleichzeitig ausgerichtet und mittels eines jeweiligen Verbindungsstiftes (6) fixiert werden.