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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Messverfahren zur Qualitätsprüfung eines gebauten Nockenwellenmoduls. Die Erfindung betrifft außerdem einen Messrahmen zur Verwendung in einem solchen Messverfahren.
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Bei gebauten Nockenwellenmodulen, bei welchen die Nockenwellen in Lagerrahmen bzw. in eine Zylinderkopfhaube eingebaut sind, werden die zu fügenden Elemente, beispielsweise Nocken oder Zahnräder, in Position gehalten und anschließend die Welle eingeschoben und die entsprechenden Peripherieteile, wie beispielsweise Stopfen und Zahnräder von außen randständig gefügt. Zuvor werden dabei die einzuschiebende Welle gekühlt und/oder die darauf zu fügenden Elemente erhitzt, so dass die Elemente üblicherweise über einen thermischen Schrumpfsitz auf der Nockenwelle fixiert sind. Daraus resultiert, dass sich der Lagerrahmen bzw. die Zylinderkopfhaube nicht mehr ohne weiteres demontieren lassen bzw. nur durch ein Zerstören des Rahmens bzw. der Zylinderkopfhaube an die gefügte Nockenwelle heranzukommen ist.
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Aus der
DE 10 2011 081 516 A1 ist ein Lagerbock zum Lagern zumindest einer Nockenwelle bekannt, welcher ein unteres Lagerteil und ein oberes Lagerteil umfasst, die zusammen die Nockenwelle lagern und die miteinander über eine Klebenaht verklebt sind. Zur exakten Ausrichtung ist zumindest eine Ausrichthilfe vorgesehen, wodurch insbesondere die Vorfertigung von Nockenwellenmodulen mit Lagerböcken und Nockenwellen vereinfacht werden sollen.
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Aus der
EP 1 155 770 B1 ist ein generelles Montageverfahren von Elementen, wie beispielsweise Ausgleichsmassen, Nocken oder Zahnrädern, auf einer Nockenwelle mittels eines Schrumpf- oder Presssitzes bekannt.
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Generell werden im Produktionsprozess enge Toleranzen bezüglich der Positionierung der Nocken, Lager und Zahnräder relativ zu einem Lagerrahmen bzw. einer Zylinderkopfhaube gefordert, wobei zur Sicherstellung der Qualität in regelmäßigen Abständen Stichproben gezogen und kontrolliert werden müssen, damit rechtzeitig bei entsprechenden Abweichungen eingegriffen und nachjustiert werden kann. Ein wichtiges Maß bei gebauten Nockenwellenmodulen ist dabei das Axiallager der Nockenwelle, welches sich am Lagerrahmen bzw. respektive an der Zylinderkopfhaube abstützt. Der Abstand und die axiale Position der beiden Axiallagerschultern, die zum Lagerrahmen hin ausgerichtet sind, bestimmen die relative Position der auf der Nockenwelle gefügten Elemente, wie beispielsweise Nocken und weiterer Anbauteile, da dies als Referenz für deren Positionierung dient. Die Axiallagerschultern werden dabei beispielhaft durch eine gefügte Axiallagerscheibe im Inneren des Lagerrahmens sowie durch eine Stirnseite eines mit der Nockenwelle gefügten Zahnrades gebildet. An das zwischen den beiden Axiallagerschultern vorhandene Axialmaß kann jedoch ohne Zerstörung des Lagerrahmens nicht herangekommen werden, wodurch eine Qualitätskontrolle des Fertigungsprozesses äußerst schwierig ist.
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Die vorliegende Erfindung beschäftigt sich daher mit dem Problem, ein Messverfahren zur Qualitätsprüfung eines gebauten Nockenwellenmoduls anzugeben, mittels welchem die Qualität derartig gebauter Nockenwellenmodule vergleichsweise einfach kontrolliert und überprüft werden kann.
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Dieses Problem wird erfindungsgemäß durch Gegenstand des unabhängigen Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
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Die vorliegende Erfindung beruht auf dem allgemeinen Gedanken, in regelmäßigen Abständen einen Lagerrahmen bzw. eine Zylinderkopfhaube in einem Fertigungsprozess eines gebauten Nockenwellenmoduls durch einen speziellen Messrahmen zu ersetzen, der derart ausgebildet ist, dass umfassende und die qualitätssichernde Messungen am fertig gebauten Nockenwellenmodul durchgeführt werden können, ohne dass hierzu eine aufwändige und zerstörende Prüfung erfolgen muss. Bei dem erfindungsgemäßen Messverfahren werden zunächst wenigstens einige der mit einem Nockenwellenrohr der Nockenwelle zu fügenden Elemente derart angeordnet, dass deren Durchführungen für das Nockenwellenrohr fluchten. Anschließend wird ein teilbarer aber vorgefertigter Messrahmen derart über die Elemente gestülpt, dass die Durchführungen der Elemente zu zugehörigen Durchführungen im Messrahmen fluchten. In gewohnter Weise wird nun das Nockenwellenrohr durch die Durchführungen des Messrahmens und der Elemente geschoben und beispielsweise mittels eines Presssitzes bzw. eines thermischen Schrumpfsitzes mit den Elementen gefügt. Bis zu diesem Schritt kann der Fertigungsprozess unverändert bleiben, mit den Ausnahmen, dass anstelle des Lagerrahmens bzw. einer Zylinderkopfhaube nun der erfindungsgemäße Messrahmen eingesetzt wird. Dieser Messrahmen weist nun Messausschnitte auf, über welche Maße abgegriffen werden können, die eine Aussage über die exakte Ausrichtung der Elemente und der Nockenwelle im Messrahmen und damit über die Qualität des hergestellten Nockenwellenmoduls erlauben. Diese Messausschnitte, welche eigentlich lediglich Ausnehmungen darstellen, weist der üblicherweise an dieser Stelle eingesetzte Lagerrahmen bzw. die üblicherweise an dieser Stelle eingesetzte Zylinderhaube nicht auf, so dass die Messungen ausschließlich am Messrahmen, nicht jedoch aber am Lagerrahmen bzw. an der Zylinderkopfhaube durchgeführt werden können. Sind die nun über die Messausschnitte abgenommenen Maße innerhalb einer vordefinierten Toleranz, so kann in einem sich daran anschließenden Verfahrensschritt der Messrahmen geöffnet und die Nockenwelle entnommen und ebenfalls vermessen werden. Werden auch hierbei keine die zulässigen Toleranzen überschreitenden Abweichungen festgestellt, können die beiden Messrahmenteile wieder zusammengesetzt und anschließend zu einem späteren Zeitpunkt wieder in den normalen Produktionsprozess des Nockenwellenmoduls eingebracht werden. Über- oder Unterschreiten jedoch die abgegriffenen Maße die vordefinierten Toleranzen, müssen entsprechende Maßnahmen im Fertigungsprozess ergriffen werden.
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Mit dem erfindungsgemäßen Messrahmen und dem erfindungsgemäßen Messverfahren ist es somit erstmals möglich, eine Qualitätsprüfung eines gebauten Nockenwellenmoduls in den normalen Herstellungs- bzw. Fertigungsprozess zu integrieren, ohne dass dieser aufwändig angehalten bzw. anderweitig angeglichen werden müsste. Durch den teilbaren Messrahmen ist nicht nur eine Relativlage des Nockenwellenrohrs / der Nockenwelle im Messrahmen exakt vermessbar, sondern zusätzlich nach einem Öffnen auch die Nockenwelle, wodurch eine vollumfängliche Qualitätsprüfung möglich ist, die in dieser Weise bei bisherigen Qualitätsprüfung, bei welchen ein herkömmlicher Lagerrahmen gewaltsam geöffnet werden musste, nicht oder nur mit erheblich großem Aufwand möglich war. Durch die Wiederverwendbarkeit des Messrahmens können zudem die Kosten des qualitativ äußerst hochwertigen Messverfahrens vergleichsweise gering gehalten werden.
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Bei einer vorteilhaften Weiterbildung der erfindungsgemäßen Lösung werden über die Messausschnitte im Messrahmen eine axiale Position sowie ein axialer Abstand zweier Axiallagerschultern an der Nockenwelle vermessen. Diese beiden Axiallagerschultern können einerseits an einer Stirnseite einer mit der Nockenwelle gefügten Axiallagerscheibe im Inneren des Messrahmens angeordnet sein, wogegen die andere Axiallagerschulter beispielsweise an einer Stirnseite eines Antriebsrades und damit außerhalb des eigentlichen Messrahmens angeordnet ist. Die Überwachung des Axialabstands bzw. der axialen Position der beiden Axiallagerschultern ist für den Produktionsprozess äußerst wichtig, da diese Werte als Referenz für die relative Position weiterer Anbauteile, wie beispielsweise Nocken, dienen. Durch die Messausschnitte bzw. auch die einfache Öffnungsmöglichkeit des erfindungsgemäßen Messrahmens lassen sich diese Maße äußerst exakt und ohne weiteren Aufwand bestimmen. Der erfindungsgemäße Messrahmen kann somit turnusmäßig, das heißt beispielsweise an jeder zehnten oder hundertsten Stelle, in den Produktionsprozess des Nockenwellenmoduls integriert werden, wodurch eine vorzugsweise vollständige Qualitätsüberwachung des Herstellungsprozesses ermöglicht wird.
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Zweckmäßig wird der Messrahmen aus zwei Messrahmenteilen zusammengesetzt, insbesondere zusammengeschraubt, wobei die beiden Messrahmenteile zusätzlich über Passstifte zueinander ausgerichtet werden. Derartige Passstifte ermöglichen ein vergleichsweise einfaches, aber dennoch höchst passgenaues Zusammensetzen der beiden Messrahmenteile und erübrigen darüber hinaus weitere aufwändige Ausrichtvorgänge. Das Zusammenschrauben der beiden Messrahmenteile stellt eine von vielen möglichen Verbindungsalternativen dar, wobei selbstverständlich auch ein Verkleben denkbar ist, wobei diese Klebung dann später beim Vermessen der Nocken bzw. dem Entnehmen derselben aus dem Messrahmen geöffnet werden muss. Zusätzlich kann vorgesehen sein, dass die Passstifte über den Messrahmen überstehen und dieser über die überstehenden Passstifte in einer Messeinrichtung passgenau ausgerichtet und/oder fixiert werden kann. Erfolgt die Messung beispielsweise in einer Messeinrichtung, so ist es unbedingt erforderlich, den Messrahmen zusammen mit der eingebauten Nockenwelle möglichst exakt in der Messeinrichtung zu positionieren bzw. zu fixieren, was über die entsprechenden Passstifte vergleichsweise einfach möglich ist. Die exakte Ausrichtung bzw. Fixierung des Messrahmens in der Messeinrichtung erfolgt somit lediglich über die Passstifte, ohne dass weitere und insbesondere aufwändige Ausrichtvorgänge erforderlich wären.
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Die Erfindung beruht weiter auf dem allgemeinen Gedanken, einen Messrahmen zur Verwendung in dem zuvor dargestellten und beschriebenen Messverfahren bereitzustellen, der aus zwei Messrahmenteilen besteht, die über Passstifte zueinander ausgerichtet sind. Zumindest eines der beiden Messrahmenteile weist dabei die zuvor beschriebenen Messausschnitte, insbesondere im Bereich von Lagern, auf, über die eine Zugänglichkeit zu erforderlichen Messpunkten vergleichsweise einfach möglich ist. Über diese Messpunkte können dann spezielle für die Qualität des Produktionsprozesses verantwortliche Maße, beispielsweise eine axiale Position und/oder ein Axialabstand von Axiallagerschultern abgegriffen werden. Der Messrahmen kann dabei in der Art eines Lagerrahmens oder einer Zylinderkopfhaube mit entsprechender Lagermöglichkeit für die Nockenwelle ausgebildet sein. Selbstverständlich ist dabei auch denkbar, dass der Lagerrahmen zwei Nockenwellen lagern kann. Generell besitzt dabei der Messrahmen mit Ausnahme der Messausschnitte die zum herkömmlichen Lagerrahmen bzw. zur herkömmlichen Zylinderkopfhaube des Nockenwellenmoduls identische Form, so dass dieser ohne weitere Modifikationen einfach in den Fertigungsprozess des Nockenwellenmoduls integriert werden kann.
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Weitere wichtige Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, aus den Zeichnungen und aus der zugehörigen Figurenbeschreibung anhand der Zeichnungen.
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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.
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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.
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Dabei zeigen, jeweils schematisch,
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1 einen erfindungsgemäßen Messrahmen mit eingebauten Nockenwellen zur Qualitätsprüfung eines gebauten Nockenwellenmoduls,
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2 eine Darstellung wie in 1, jedoch bei einer Explosionsdarstellung,
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3 eine Draufsicht auf den erfindungsgemäßen Messrahmen mit eingebauten Nockenwellen.
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Entsprechend den 1 bis 3, weist ein erfindungsgemäßer Messrahmen 1 zwei Messrahmenteile 2 und 3 auf, die fest miteinander verbunden, insbesondere über Schrauben 4 miteinander verschraubt sind. Eine Ausrichtung des oberen Messrahmenteils 2 relativ zum unteren Messrahmenteil 3 erfolgt dabei über sogenannte Passstifte 5. In dem Messrahmen 1 sind zwei Nockenwellen 6 mit entsprechend auf einem jeweiligen Nockenwellenrohr 15 gefügten Elementen 7, wie beispielsweise Nocken 8 oder Zahnräder 9 bzw. Stopfen 10 angeordnet. Der Messrahmen 1 bildet dabei zusammen mit den darin eingebauten Nockenwellen 6 damit einen Ersatzdummie für ein Nockenwellenmodul, mittels welchem ein Fertigungsprozess des Nockenwellenmoduls überwacht bzw. kontrolliert werden kann.
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Dies geschieht wie folgt:
Zunächst werden einige mit dem Nockenwellenrohr 15 der Nockenwelle 6 zu fügenden Elemente 7, beispielsweise Nocken 8, so angeordnet, dass deren Durchführungen 11 für das Nockenwellenrohr 15, das heißt beispielsweise Nockenbohrungen, fluchten. Anschließend wird der teilbare Messrahmen 1 derart über die Elemente 7, 8 gestülpt, dass die Durchführungen 11 der Elemente 7, 8 zu zugehörigen Durchführungen 11' im Messrahmen 1 fluchten. Ist dies geschehen, wird das Nockenwellenrohr 15 durch die Durchführungen 11, 11' der Elemente 7, 8 und des Messrahmens 1 hindurchgeschoben. Hierdurch entsteht entweder ein Presssitz bzw. ein thermischer Schrumpfsitz, sofern beispielsweise die Elemente 7 erhitzt und/oder das Nockenwellenrohr 15 abgekühlt wurde. Erfindungsgemäß weist nun der Messrahmen 1, zumindest aber eines der beiden Messrahmenteile 2, 3 entsprechende Messausschnitte 12 auf, über welche Maße beispielsweise ein Axialabstand a, abgegriffen werden können, die eine Aussage über die exakte Ausrichtung der Elemente 7 und der Nockenwelle 6 im Messrahmen 1 erlauben.
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Die Fertigung des dem Nockenwellenmodul ähnlichen Moduls, bestehend aus Messrahmen 1 und eingebauten Nockenwellen 6 mit zugehörigen Elementen 7 erfolgt dabei innerhalb des üblichen Herstellungs- bzw. Fertigungsprozesses des Nockenwellenmoduls, wobei einfach anstelle eines herkömmlichen Lagerrahmens bzw. anstelle einer herkömmlichen Zylinderkopfhaube nun der erfindungsgemäße Messrahmen 1 eingesetzt wird. Durch die Messausschnitte 12 erlaubt der Messrahmen 1 eine exakte Vermessung und ermöglicht dadurch Rückschlüsse auf die Fertigungsqualität des Nockenwellenmoduls. Liegen dabei die ermittelten Werte innerhalb vordefinierter Toleranzen, so kann der Messrahmen 1 wieder geöffnet werden, beispielsweise durch Lösen der Schrauben 4 und anschließend noch die einzelnen Nockenwellen 6 exakt vermessen werden. Dies wäre bei dem herkömmlichen Fertigungsprozess nicht möglich, da ein üblicher Lagerrahmen bzw. eine übliche Zylinderkopfhaube nur zerstörend geöffnet werden können bzw. keine solche Messausschnitte 12 enthalten und dadurch keine Vermessung ohne zerstörendes Öffnen des Lagerrahmens bzw. der Zylinderkopfhaube ermöglichen.
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Betrachtet man die 3, so kann man hier ein besonders wichtiges Maß, nämlich den Axialabstand a zwischen zwei Axiallagerschultern 13 und 13' erkennen, der im Rahmen der Qualitätsprüfung abgegriffen wird. Ein weiteres wichtiges Maß ist beispielsweise die axiale Position der beiden Axiallagerschultern 13, 13', die zum Messrahmen 1 hin ausgerichtet sind und über welche sich die relative Position der weiteren Elemente 7, beispielsweise der Nocken 8, bestimmt. Die axiale Position der beiden Axiallagerschultern 13, 13' sowie der Abstand a zwischen diesen dient somit als Referenz für die Positionierung der weiteren Elemente 7. Die Axiallagerschulter 13 ist dabei stirnseitig an einer Axiallagerscheibe 14 angeordnet, wogegen die Axiallagerschulter 13' am Zahnrad 9 angeordnet ist. Selbstverständlich können im Bereich des Messrahmens 1, das heißt insbesondere im Bereich der Messrahmenteile 2, 3 weitere Messausschnitte 12 vorgesehen sein, insbesondere im Bereich der Durchführungen 11'.
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Zur Qualitätssicherung werden nunmehr die zuvor beschriebenen Messrahmen 1 anstelle eines herkömmlichen Lagerrahmens bzw. einer herkömmlichen Zylinderkopfhaube in regelmäßigen Abständen in den normalen Fertigungsprozess integriert, wodurch umfassende Messungen und damit Qualitätsprüfungen an den gefügten Nockenwellen 6 durchgeführt werden können. Der Messrahmen 1 kann darüber hinaus zerstörungsfrei geteilt werden, wodurch nicht nur die Nockenwellen 6 entnommen und separat weiter vermessen werden können, auch der Messrahmen 1 einer Wiederverwendung zugeführt werden kann.
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Die Passstifte 5 können darüber hinaus über den Messrahmen 1 überstehen, wodurch der Messrahmen 1 beispielsweise in eine Messeinrichtung passgenau ausgerichtet und/oder fixiert werden kann. Anstelle der Schrauben 4 können selbstverständlich auch andere lösbare Verbindungen angedacht sein, beispielsweise Schnappverschlüsse oder Klammern. Über die Messausschnitte 12 kann nicht nur ein Axialabstand a bzw. eine axiale Position der Axiallagerscheibe 14 ermittelt werden, sondern es kann selbstverständlich auch ein Rundlauf im Bereich der Durchführungen 11', das heißt insbesondere im Bereich von Radiallagern ermöglicht werden, das heißt direkt an den Lagerstellen. Dies bietet den großen Vorteil, dass direkt an den Lagerstellen gemessen werden kann und nicht wie bisher im geringem Abstand daneben, da es beispielsweise im Bereich von den mit dem Nockenwellenrohr 15 gefügten Nocken 8 zu Einschnürungen des Nockenwellenrohrs 15 und damit zu Ungenauigkeiten kommen konnte. Der Lagerrundlauf kann dabei beispielsweise durch eine Drehung der Nockenwelle 6 bzw. des Nockenwellenrohrs 15 zu mindestens zwei am Umfang befindlichen Messpunkten bzw. durch eine langsamen Drehung der Nockenwelle 6 bzw. des Nockenwellenrohrs 15 für eine konstante Messung der Rundheit am Umfang erfolgen.
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Mit dem erfindungsgemäßen Messrahmen 1 und dem erfindungsgemäßen Messverfahren ist somit eine vergleichsweise einfache, insbesondere einfach in den normalen Fertigungsprozess des Nockenwellenmoduls zu integrierende Qualitätsprüfung möglich, die zudem umfassende Prüfungsmöglichkeiten bietet. Durch die Teilbarkeit des Rahmens 1 kann dieser zudem wieder verwendet werden, wodurch die Qualitätsprüfung nicht nur technisch einfacher, sondern zudem auch kostengünstiger zu bewerkstelligen ist.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102011081516 A1 [0003]
- EP 1155770 B1 [0004]
