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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Montageverfahren und eine Montagevorrichtung zum Fügen von Nockensegmenten und Nockenwellen mit darauf angeordneten Nocken und ggf. weiteren Funktionselementen innerhalb eines Gehäuses, sowie ein dadurch hergestelltes Nockenwellenmodul.
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Das erfindungsgemäße Montageverfahren für Nockensegmente und Nockenwellen sowie das mittels der Montagevorrichtung herstellbare Nockenwellenmodul ist insbesondere als Teil für eine Verbrennungskraftmaschine mit einem schaltbaren Ventiltrieb geeignet. Hierfür werden bevorzugt Nockenwellen genutzt, welche drehfest mit der Nockenwelle verbundene und axial auf dieser verschiebliche Nockensegmenten tragen. Schaltbare Ventiltriebe mit axial beweglichen Nockensegmenten, welche entlang der Nockenwellenachse relativ zu einem Ventiltrieb verschiebbar sind, sind dem Fachmann bekannt. Ein Beispiel für einen solchen schaltbaren Ventiltrieb ist in der
DE 10 2004 011 586 A1 offenbart. Auf einer teilprofilierten Nockenwelle sind radial drehfest aber axial auf der Nockenwelle verschiebbare Nockensegmente gehalten, welche benachbart unterschiedliche Nockenprofile aufweisen. Ein Führungsbahnelement weist Führungsbahnen für einen im Zylinderkopf angeordneten Aktuator auf, dessen Pin in die Führungsbahnen einfahren kann. Die Führungsbahnen sind so gestaltet, dass bei eingefahrenem Pin durch die Drehung der Nockenwelle ein axiales Verschieben des Führungsbahnelementes sowie des mit diesem gekoppelten Nockensegments erfolgt. Es werden mittels des in der Führungsbahn abgestützten Pins und aufgrund des Verlaufs der Führungsbahnen die Nockensegmente axial zur Nockenwelle durch deren Drehung auf dieser verschoben, so dass unterschiedliche benachbarte Nockenprofile alternativ mit dem Ventiltrieb in Eingriff gelangen. Das Verschieben der Nockensegmente erfolgt dabei in einem gemeinsamen Grundkreis der unterschiedlichen Nockenprofile.
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Aus der deutschen Offenlegungsschrift
DE 23 36 241 A1 ist ein Verfahren zum Fügen einer Nockenwelle bekannt, bei welchem Funktionselemente wie Lager, Nocken, Zahnräder oder Exzenter auf eine Rund- oder Profilwelle aufgeschoben werden und durch Kleben, Schweißen, Löten, Schrumpfen oder Dehnen drehfest mit der Welle verbunden werden.
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Weiterhin ist aus der
EP 1 155 770 B1 ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Montage eines Verbunds aus Gehäuse, Wellen und Funktionselementen wie Massenausgleichsgewichten oder Nocken vorbekannt, wobei die Funktionselemente innerhalb des Gehäuses gefügt werden. Hierfür werden die Funktionselemente in lagerichtiger Anordnung zueinander innerhalb des Gehäuses positioniert, so dass die Durchführungen des Gehäuses mit denen der Funktionselemente fluchten und ein seitliches Einschieben einer die Funktionselemente tragenden Welle ermöglicht wird. Die Montage erfolgt dabei durch thermisches Fügen indem die Funktionselemente vor dem Einschieben der Welle erwärmt werden und deren Durchführungen relativ zum Außendurchmesser der Welle so gefertigt sind, dass diese durch die erwärmten Funktionselemente eingeschoben werden kann und die Funktionselemente nach dem Abkühlen drehfest auf der Welle gehalten werden können. Es kann somit ein Fügen einer einstückigen Welle in ungeteilte Lager eines Gehäuses erfolgen wobei die Lager einen geringeren Durchmesser als den Außendurchmesser der Funktionselemente aufweisen. Es können somit in einem kostengünstigen Herstellungsverfahren Nockenwellen in einem ungeteilten Lager einer Zylinderkopfhaube gefertigt werden.
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Die vorliegende Erfindung strebt eine Weiterentwicklung des beschriebenen Fügeverfahrens sowie der Fügevorrichtung an.
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Aus der europäischen Patentschrift
EP 2 513 434 B1 ist ein Fügeverfahren für ein Nockenwellenmodul vorbekannt, bei welchem Nockenwellensegmente in ungeteilte Lagerböcke einer Zylinderkopfhaube gefügt werden. Die Nockensegmente bestehen aus einem Rohrstück, auf welchem drehfest und axial unverschiebbar, Nocken und Laufbahnelemente angeordnet werden. Die Nocken sowie die Laufbahnelemente werden durch eine Pressverbindung, einen Formschluss, eine Löt-, Klebe- oder Schweißverbindung mit dem Rohrstück verbunden. Das Rohrstück trägt an seinem innenumfang eine Verzahnung, in welche nachfolgend eine Basiswelle eingeschoben werden kann.
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Die Montage der Nockensegmente erfolgt derart, dass einseitig auf dem Rohrstück Nocken und Laufbahnelemente angeordnet und mit dem Rohrstück verbunden werden. Es entsteht damit ein einseitig vormontiertes Nockensegment, welches durch die ungeteilte Lagerung innerhalb der Zylinderkopfhaube seitlich eingeschoben werden kann. Nachfolgend erfolgt die Montage der restlichen, zum Nockensegment gehörigen Nocken, welche innerhalb der Haube auf das freie Ende des in die Lagerung eingeschobenen, einseitig vormontierten Nockenwellensegments aufgebracht und mit dem Rohrstück verbunden werden. Die Montage wird schrittweise für die weiteren Nockensegmente durchgeführt. Am Ende der Montage erfolgt ein seitliches Einschieben der Basiswelle in die Innenverzahnungen der Rohrstücke. Diese werden somit axial verschieblich, aber drehfest mit der Basiswelle verbunden.
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Aus der deutschen Patentanmeldung
DE 10 2015 101 295 A1 ist ein Verfahren zur Montage einer Nockenwelle in einem Modulkörper bekannt. Bei dem gezeigten Verfahren werden Nockensegmente einzeln und nacheinander in geschlossene Lagerstellen gefügt und mit einem Verstellelement verbunden.
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Aus der deutschen Patentanmeldung
DE 10 2016 203 654 A1 ist ein Verfahren zur Herstellung einer Lagerbaugruppe bekannt. Die Lagerbaugruppe wird später mit weiteren Nocken zu einer Nockenwelle gefügt. Die Lagerbaugruppe soll dabei für das nachfolgende Schleifen der Nocken gegen Verschmutzung geschützt sein. Hierfür wird das Lager mit zwei stirnseitig angeordneten Ringen auf einem Montagedorn verspannt. Die so gebildete Lagerbaugruppe wird mit einem Schrumpfschlauch überzogen, der nachfolgend thermisch fixiert wird.
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Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein vereinfachtes Montageverfahren, eine Vorrichtung zur Montage einer Nockenwelle sowie ein dadurch hergestelltes Nockenwellenmodul anzugeben, wobei die Nockenwelle Nockensegmente umfasst, welche drehfest aber axial verschieblich auf einer Basiswelle angeordnet sind und in ungeteilte Lageraufnahmen eines Gehäuses gefügt werden.
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Erfindungsgemäß vorteilhaft werden durch das Montageverfahren mehrere Nockensegmente einer Nockenwelle innerhalb eines Gehäuses gefügt, so dass ein Fügen in ungeteilten Lageraufnahmen erfolgen kann, welche verglichen mit geteilten Lageraufnahmen geringere Reibung, Kosten und geringeren Fertigungsaufwand aufweisen. Die Nockensegmente werden innerhalb des Gehäuses gefügt, wobei die Nockensegmente axial verschieblich und drehbar in Durchführungen des Gehäuses gelagert sind. Das Gehäuse ist dabei vorzugsweise eine Zylinderkopfhaube eines Verbrennungsmotors. Bei dem erfindungsgemäßen Montageverfahren werden in einem ersten Schritt Nocken und Funktionselemente mehrerer Nockensegmente in zueinander lagerichtiger Anordnung in einer Montageinheit aufgenommen. Die Funktionselemente sind dabei insbesondere Führungsbahnelemente, welche eine wenigstens teilweise umlaufende Führungsbahn aufweisen, die entlang ihres Umlaufs einen axialen Versatz aufweist. Derartige Führungsbahnelemente sind beispielsweise in der
DE 10 2004 011 586 A1 als Teil eines schaltbaren Ventiltriebs offenbart. Die Nocken und die Funktionselemente werden vor dem Fügen separat, beispielsweise in einem gesonderten Ofen oder gemeinsam bereits in den Aufnahmen der Montageeinheit eingelegt, erwärmt. Die in der Montageeinheit aufgenommenen Nocken und die Funktionselemente werden so innerhalb des Gehäuses positioniert, dass die Durchführungen des Gehäuses, der Nocken, sowie der Funktionselemente miteinander fluchten. Weiterhin werden die Nocken und Funktionselemente axial so positioniert, wie sie auf dem nachfolgend gefügten Nockensegment angeordnet sind. Weiterhin wird die Position der Nockenerhebungen hinsichtlich ihrer Phasenlage zueinander und zur Steuerkurve auf dem Führungsbahnelement so eingerichtet, dass der beabsichtigte Nockenhub und deren Umschaltung realisiert werden können und die Steuerkurven entsprechend positioniert sind, so dass ein axiales Verlagern der Nockensegmente in phasenrichtiger Lage zu den Nocken erfolgen kann. Zum Fügen der Nockensegmente werden auf einem Montagedorn Rohrstücke angeordnet, welche in ihrer Position axial zueinander sowie in ihrer Lage radial zum Montagedorn auf diesem durch wenigstens eine Halteeinrichtung festgehalten werden. Die Halteeinrichtung bringt dabei eine Kraft auf, welche das axiale Verlagern der Rohrstücke beim Einschieben in die Durchführungen des Gehäuses, der Nocken und der Funktionselemente ermöglicht, ohne, dass diese auf dem Montagedorn verschoben werden. Der Montagedorn legt dabei die Rohrstücke auch radial fest, so dass sie vorpositioniert zu den Durchführungen des Gehäuses in dieses einschiebbar sind. Die Montageeinheit hält dabei den Montagedorn, das Gehäuse, die Nockensegmente und die Funktionselemente lagerichtig zueinander positioniert. Der Montagedorn ist dabei axial zu den Durchführungen des Gehäuses, der Nocken und der Funktionselemente verschiebbar, so dass der Montagedorn mit den darauf angeordneten Rohrstücken in die Durchführungen des Gehäuses, der Nocken und der Funktionselemente eingeschoben werden kann. Der Montagedorn wird nach dem Einschieben in einer definierten Lage zum Gehäuse, zu den Nocken und zu den Funktionselementen bis zum zumindest teilweisen Temperaturausgleich der Nocken und der Funktionselemente zu den Rohrstücken in seiner eingeschobenen Lage gehalten, wobei sich ein Presssitz der Nocken und Funktionselemente auf den Rohrstücken ausbildet. Nachdem die Nocken und Funktionselemente nach dem wenigstens teilweisen Temperaturausgleich fest mit den Rohrstücken verbunden sind, wird der Montagedorn aus dem Gehäuse bewegt. Die aus den Rohrstücken mit den darauf angeordneten Nocken und Funktionselementen gefügten Nockensegmente verbleiben in den Durchführungen des Gehäuses in diesen drehbar gelagert.
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Die Halteeinrichtung kann erfindungsgemäß als Rastbolzen ausgeführt sein, der aus dem Montagedorn aus- bzw. eingefahren wird. Dies kann mechanisch oder hydraulisch unterstützt erfolgen. Der Rastbolzen kann in Ausnehmungen der Rohrstücke eingreifen, welche ggf. für Sperrelemente der nachfolgend einzubringenden Basiswelle vorgesehen sind und welche die gefügten Nockenwellen bzw. die darauf angeordneten Nockensegmente im Betrieb im Motor gegen ein axiales Verschieben sichern. Der Rastbolzen kann alternativ federbelastete Kugeln aufweisen, welche radial aus dem Montagedorn ein- und ausfahrbar sind. In Ausnehmungen der Rohrstücke festgelegt ermöglichen sie ein axiales Verschieben der Rohrstücke und sichern diese in ihrer Lage. Wird jedoch der Montagedorn mit einer die Feder überwindenden Kraft axial gegen das Rohrstück bewegt, so taucht die Kugel in den Montagedorn ein und dieser kann aus dem Rohrstück ausfahren. Dies kann z. B. nach dem Fügen der Nockensegmente erfolgen. Die nunmehr mit dem Rohrstück verbundenen Nocken oder die Funktionselemente stützen sich radial beim Ausfahren des Montagedorns an den als Lagerungen ausgeführten Durchführungen des Gehäuses ab, so dass die federbelasteten Kugeln aus den vorzugsweise halbkugelförmigen Ausnehmungen am Innenumfang der Rohrstücke ausfahren und der Montagedorn axial aus dem Gehäuse bewegt werden kann.
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In einer alternativen Ausgestaltung der Halteeinrichtung ist diese als Distanzhülse ausgeführt, welche auf dem Montagedorn zwischen benachbarten Rohrstücken angeordnet ist. Diese Ausführung ist besonders einfach und sichert beim Einschieben die radiale Lage der Rohrstücke zueinander, wobei diese bündig an den Rohrstücken anliegt. Die Distanzhülse ist in ihrem Umfang so gestaltet, dass sie mit dem Montagedorn in das Gehäuse einschiebbar ist. Nach dem Fügen und Ausfahren des Montagedorns kann diese aus dem Gehäuse entnommen werden, da diese in einem Bereich zwischen den Durchführungen des Gehäuses während des Temperaturausgleichs verbleibt. Auf dem Montagedorn kann zwischen diesem und dem ersten Nockensegment eine weitere Distanzhülse aufgebracht sein, welche beim Verschieben des Montagedorns die Bewegung auf das Rohrstück überträgt. Der Montagedorn kann alternativ einen Bund als Anlagefläche für das erste Rohrstück aufweisen.
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Die erfindungsgemäß gefügten Nockensegmente werden nachfolgend zu einer Nockenwelle gefügt, indem eine wenigstens teilprofilierte Basiswelle seitlich in das Gehäuse und die Nockensegmente eingeschoben wird. Die Basiswelle weist dabei an ihrem Außenumfang Verzahnungen auf, welche in den axialen Bereichen ausgebildet sind, auf welchen die Nockensegmente axial verschieblich gehalten werden. Die Nockensegmente weisen an ihrem Innenumfang eine hierzu passende Innenverzahnung auf, so dass die Nockensegmente drehfest aber axial verschiebbar auf der Basiswelle gelagert sind.
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Erfindungsgemäß vorteilhaft werden in dem Montageverfahren weitere Funktionselemente wie Pumpennocken, Geberräder, Lagerungen oder Zahnräder drehfest auf der Basiswelle angeordnet. Diese werden hierfür vor dem Einschieben der Basiswelle in das Gehäuse an einer axial zum Gehäuse definierten Position so gehalten, dass die Basiswelle durch die Durchführung des Gehäuses sowie die Durchführungen des wenigstens einen, weiteren Funktionselements und durch die Rohrstücke der Nockensegmente eingeschoben wird. Die weiteren Funktionselemente werden vor dem Einschieben der Nockenwelle erwärmt, so dass ein Durchführen der Basiswelle ermöglicht wird. Der Außendurchmesser der Bereiche der Basiswellen, in welchem die weiteren Funktionselemente gefügt werden, ist in Relation zum Innendurchmesser der Durchführungen der weiteren Funktionselemente so gestaltet, dass die Basiswelle bei einem entsprechenden Temperaturunterschied durch diese Durchführungen geführt werden kann und nach dem Temperaturausgleich ein Presssitz zwischen den weiteren Funktionselementen und der Basiswelle entsteht. Erfindungsgemäß vorteilhaft wird somit die Basiswelle in Verzahnungen der Nockensegmente eingeschoben und gleichzeitig werden weitere Funktionselemente auf die Basiswelle gefügt. Zur Erzeugung einer entsprechenden Temperaturdifferenz kann alternativ oder zusätzlich zur Erwärmung der Funktionselemente, die Basiswelle vor dem Einschieben abgekühlt werden.
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Die beschriebenen Nockensegmente und die aus diesen gefügten Nockenwellen werden mit einer Montagevorrichtung zur Montage mehrerer Nockensegmente, welche erfindungsgemäß innerhalb eines Gehäuses gefügt werden, gefertigt. Es können mehrerer Nockensegmente in einem Ablauf gleichzeitig gefügt werden. Hierfür weist die Montagevorrichtung Halte- und Positioniereinheiten auf, welche die Nocken und Funktionselemente mehrerer Nockensegmente in ihrer axialen und radialen Relativlage zueinander positionieren und worin diese während eines Fügevorganges festgehalten sind. Die Fügevorrichtung weist weiterhin eine Einrichtung zur Halterung eines Gehäuses auf, in der die Nocken zu Nockensegmenten fügbar sind. Die Montagevorrichtung weist weiterhin wenigstens einen, relativ zum Gehäuse verfahrbaren Montagedorn auf. Alternativ können mehrere parallele Montagedorne Verwendung finden, um für mehrere Nockenwellen eines Gehäuses deren Nockensegmente gleichzeitig zu fügen. Der Montagedorn weist wenigstens eine Halteeinrichtung für mehrere Rohrstücke auf, so dass diese in ihrer axialen Lage zueinander und radial zum Montagedorn durch die Halteeinrichtung positionierbar sind. Der Montagedorn ist so gestaltet, dass er axial zu den Durchführungen des Gehäuses durch diese hindurch bewegbar ist. Er wird seitlich in das Gehäuse eingesetzt und verfährt beim Fügen der Nockensegmente durch die Durchführungen des Gehäuses, der Nocken und der Funktionselemente. Auf dem Montagedorn sind die Rohrstücke angeordnet, welche mit den Nocken und den Funktionselementen zu Nockensegmenten gefügt werden. Der Montagedorn verfährt gemeinsam mit den Rohrstücken axial in diese Durchführungen und verbleibt während des Temperaturausgleichs, während dem die Nocken und Funktionselemente auf den Rohrstücken festschrumpfen, in diesen positioniert. Während des Temperaturausgleichs verbleiben die Nocken und Funktionselemente in ihrer Relativlage zu den Rohrstücken und zum Gehäuse gehalten. Der Montagedorn und dessen Halteeinrichtung sowie die Halte- und Positioniereinheiten, welche die Nocken und Funktionselemente halten und die Halterung für das Gehäuse positionieren die Elemente zueinander und sichern deren Relativlage während des Temperaturausgleichs. Die Halteeinrichtung des Montagedorns, der Montagedorn, die Halte- und Positioniereinheiten für Nocken und Funktionselemente sowie die Halterung für das Gehäuse sind Bestandteile der erfindungsgemäßen Montagevorrichtung.
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Zum Erzeugen einer für den Fügevorgang ausreichenden Temperaturdifferenz zwischen den Nocken und Funktionselementen, relativ zur Temperatur der Rohrstücke, können die Rohrstücke zusätzlich zur Erwärmung der Nocken und Funktionselemente gekühlt werden, wobei der Montagedorn eine Kühlvorrichtung aufweisen kann oder im ausgefahrenen Zustand in einen separaten Kühlabschnitt verfahrbar ist. Die Rohrstücke können weiterhin vor dem Aufsetzen auf den Montagedorn separat gekühlt werden.
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Die Montagevorrichtung ist weiterhin so ausgestaltet, dass weitere Funktionselemente mit der Basiswelle gefügt werden können. Hierfür weist diese eine weitere Halte- und Positioniervorrichtung für wenigstens ein weiteres Funktionselement auf. Das Funktionselement wird auf eine höhere Temperatur als die Basiswelle erwärmt. Es wird vorzugsweise nach dem Ausfahren des Montagedorns, jedoch zwingend vor dem Einschieben der Basiswelle in das Innere des Gehäuses eingebracht und dort so gehalten, dass wenigstens ein weiteres Funktionselement mit seiner Durchführung in einer axial und radial zum Gehäuse bestimmten und mit den Durchführungen des Gehäuses fluchtenden Position angeordnet ist. Es ergibt sich damit eine Gasse zum Einschieben der Basiswelle, welche durch die Verzahnungen der Nockensegmente und die Durchführungen des wenigstens einen, relativ zur Basiswelle erwärmten, weiteren Funktionselements eingeschoben wird. Beim Fügen der Nockensegmente auf die Basiswelle wird somit erfindungsgemäß wenigstens ein weiteres Funktionselement auf der Basiswelle beim Einschieben der Basiswelle auf diese gefügt.
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Erfindungsgemäß wird aus den Nockensegmenten und den nachfolgend aus diesen gefügten Nockenwellen ein vorgefertigtes Nockenwellenmodul erzeugt, welches als Baugruppe vorgefertigt in der Montage von Verbrennungsmotoren Verwendung findet. Für dessen Herstellungsverfahren werden Nockensegmente in einem Gehäuse, welches als Zylinderkopfhaube ausgeführt ist, gefügt, wobei in einem ersten Schritt sämtliche Nocken und Funktionselemente der Nockensegmente, welche auf einer Basiswelle angeordnet werden sollen, in dem Gehäuse des Nockenwellenmoduls angeordnet. Es können alternativ Funktionselemente und Nocken der Nockensegmente mehrerer Nockenwellen gleichzeitig in dem Gehäuse des Nockenwellenmoduls angeordnet und gehalten werden. Diese werden nachfolgend auf Rohrstücke gefügt, wobei diese auf wenigstens einem Montagedorn angeordnet sind. Für jede zu fügende Nockenwelle ist beim gleichzeitigen Fügen der Nocken und Funktionselemente mehrere Nockenwellen jeweils ein gesonderter Montagedorn vorzusehen. Werden die Nocken und Funktionselemente jeweils nur einer Nockenwelle gefügt, kann dies mit einem einzelnen Montagedorn erfolgen. Dieser wird durch Durchführungen des Gehäuses, der erwärmten Nocken und Funktionselemente in diese eingeschoben, wobei der Montagedorn während wenigstens eines Teils des Fügeprozesses nach dem Einschieben und dem lagerichtigen Positionieren der Rohrstücke, Nocken und Funktionselemente zueinander, in einer definierten Relativlage zum Gehäuse verbleibt und nachfolgend aus diesem ausgefahren wird. Während des Verbleibens des Montagedorns nach dem Einschieben der Rohrstücke erfolgt der Temperaturausgleich zu den auf die Rohrstücke zu fügenden Nocken und Funktionselementen. Diese sind vor dem Ausfahren des Montagedorns relativ zueinander, drehfest und hinsichtlich ihrer axialen Position auf dem Rohrstück festgelegt. In einem weiteren Schritt wird nachfolgend wenigstens ein gegenüber einer Basiswelle auf ein höheres Temperaturniveau erwärmtes, weiteres Funktionselemente in das Gehäuse eingesetzt. Die Basiswelle wird nachfolgend durch die Durchführungen des Gehäuses und der Nockensegmente eingeschoben und mit dem wenigstens einem weiteren Funktionselement gefügt. Die Basiswelle verbleibt dabei wenigstens bis zu einem teilweisen Temperaturausgleich relativ zu dem wenigstens einen weiteren Funktionselement positioniert. Die Passung zwischen dem Innendurchmesser der Durchführung des weiteren Funktionselementes zum Außendurchmesser des Bereiches der Basiswelle, auf welchen das weitere Funktionselement gefügt wird, ist so gestaltet, dass nach dem Temperaturausgleich ein Presssitz erzeugt wird, so dass das weitere Funktionselement drehfest und axial festgelegt auf der Basiswelle angeordnet ist.
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Erfindungsgemäß wird mit dem beschriebenen Montageverfahren ein Nockenwellenmodul gefertigt, welches als vormontierte Baugruppe bei der Fertigung von Verbrennungsmotoren Verwendung findet. Das Nockenwellenmodul weist dabei mehrere als geschlossene Lageranordnungen ausgeführte Durchführungen einer Zylinderkopfhaube auf, in welche auf Rohrstücke Nocken und Funktionselemente zu Nockensegmenten gefügt werden. Erfindungsgemäß vorteilhaft werden mehrere Nockensegmente aus auf einem Montagedorn angeordneten Rohrstücken innerhalb der Zylinderkopfhaube gefügt indem der Montagedorn und die auf diesem angeordneten Rohrstücke durch die als geschlossene Lagerung ausgeführten Durchführungen der Zylinderkopfhaube und die Durchführungen der erwärmten Nocken und Funktionselemente geführt werden. Ist der Montagedorn lagerichtig zu den zu fügenden Nocken und Funktionselementen relativ zur Zylinderkopfhaube positioniert, verbleibt dieser dort bis zu einem wenigstens teilweisen Temperaturausgleich. Das Entfernen des Montagedorns erfolgt, wenn der Presssitz zwischen Nocken, Funktionselementen und dem Rohrstück, auf welchem diese angeordnet sind, hergestellt ist. Nachfolgend wird das Nockenwellenmodul komplettiert, indem durch die Verzahnung der Rohrstücke eine teilverzahnte Basiswelle eingeschoben wird und weiterhin weitere Funktionselemente beim Einschieben der Basiswelle auf diese gefügt werden, indem diese erwärmt so positioniert sind, dass die Basiswelle beim Einschieben durch deren Durchführungen geführt wird. Die Basiswelle verbleibt dann bis zum wenigstens teilweisen Temperaturausgleich relativ zu dem weiteren Funktionselement in dieser Position, so dass dieses lagerichtig gefügt und drehfest sowie axial festgelegt mit der Basiswelle verbunden wird. Es können erfindungsgemäß mehrere Montagedorne genutzt werden und auch das Einschieben mehrerer Nockenwellen kann parallel erfolgen. Ein Nockenwellenmodul mit z.B. 2 Nockenwellen kann so gefertigt werden, dass alle Nocken und Funktionselemente der Nockensegmente vorerwärmt in der Zylinderkopfhaube platziert werden und die Nockensegmente parallel mit zwei Montagedornen in einem Schritt gefügt werden, so dass die darauf angeordneten Rohrstücke fest mit den jeweils zugehörigen Nocken- und Funktionselementen nach einem wenigstens teilweisen Temperaturausgleich verbunden sind. Der Montagedorn fährt nachfolgend aus und die Basiswellen können eingeschoben werden, wobei beim Einschieben dieser, weitere erwärmte Funktionselemente mit der Basiswelle gefügt werden.
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Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen sind den Unteransprüchen und der Beschreibung zu entnehmen. Hierbei zeigen:
- - 1 eine Schnittdarstellung der Nocken und Funktionselemente,
- - 2 eine Schnittdarstellung des Gehäuses mit eingesetzten Nocken und Funktionselementen,
- - 3 eine Schnittdarstellung des Montagedorns mit aufgesetzten Rohrstücken,
- - 4 eine Schnittdarstellung des Gehäuses mit eingeschobenem Montagedorn,
- - 5 eine Schnittdarstellung mit einem alternativen Haltemittel,
- - 6 eine Schnittdarstellung des Gehäuses nach dem Fügen der Nockensegmente,
- - 7 eine Schnittdarstellung der Basiswelle vor dem Einschieben in das Gehäuse,
- - 8 eine Schnittdarstellung des Gehäuses mit gefügten Nockenwellen.
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1 zeigt eine Schnittdarstellung der Nocken 2 und der als Führungsbahnelemente 8 ausgebildeten Funktionselemente. Die Nocken 2 und Funktionselemente weisen in ihrem Inneren Durchführungen 9 auf, in welche im nachfolgenden Verfahren Rohrstücke 3 (siehe 4) eingeschoben werden, wobei die Nocken 2 und die Funktionselemente mit den Rohrstücken 3 zu Nockensegmenten 1 (siehe 4) gefügt werden.
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2 zeigt ein als Zylinderkopfhaube ausgebildetes Gehäuse
6, in welches die Nocken
2 und als Führungsbahnelemente
11 ausgebildeten Funktionselemente
8 eingesetzt sind. Die Nocken
2, die Funktionselemente
8 und das Gehäuse
6 werden in einer nicht dargestellten Montageeinheit in lagerichtiger Zuordnung zueinander gehalten. Die Nocken
2 und die Funktionselemente
8 werden so gehalten, dass deren Durchführungen
9 mit in dem Gehäuse
6 angeordneten Durchführungen
9 axial fluchten. Weiterhin sind die Nocken
2 und die Funktionselemente
8 hinsichtlich ihres axialen Abstandes zueinander und hinsichtlich ihrer radialen Lage vorpositioniert gehalten, so dass das Gehäuse
6 übergestülpt werden kann. In der dargestellten
2 ist die lagerichtige Zuordnung der Nocken
2 und der Funktionselemente
8 im Gehäuse
6 zur besseren Übersicht ohne die Montageeinheit dargestellt. Montageeinheiten zum Fügen von Nocken
2, Funktionselementen
8 und Basiswellen von Nockenwellen innerhalb eines Gehäuses
6, sind im Stand der Technik vorbekannt und beispielsweise in der
EP 1 155 770 B1 ,
EP 2 237 922 B1 oder
EP 2 379 850 B1 beschrieben. Auf den Inhalt der genannten europäischen Patentveröffentlichungen wird zum besseren Verständnis der Montageeinheit verwiesen. Diese sind so aufgebaut, dass in Fügenestern oder Haltevorrichtungen die Nocken
2 und die Funktionselemente
8 Kraft- und oder Formschlüssig gehalten werden. Es wird den so vorpositionierten Nocken
2 und Funktionselementen
8 das Gehäuse
2 relativ zu diesen übergestülpt, so dass Nocken
2 und Funktionselemente
8 und in einer definierten Position zum Gehäuse
6 in diesem gehalten werden. Die axiale Lage der Durchführungen
9 der Nocken
2 und der Funktionselemente
8 und der Durchführungen
9 des Gehäuses
6 wird derart erzeugt und vorpositioniert gehalten, dass alle Durchführungen
9 miteinander fluchten und axial eine durchgehende Gasse bilden. Die Nocken
2 und die Funktionselemente
8 werden dabei vor dem Überstülpen des Gehäuses
6 oder alternativ innerhalb des Gehäuses
6 erwärmt. Die Nocken
2 und die Funktionselemente
8 können weiterhin separat vor dem Einsetzen in die Montageeinheit aufgewärmt werden.
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3 zeigt einen Montagedorn 7, der Teil einer nicht dargestellten Montageeinheit ist, welche wie zu 2 beschrieben die Nocken 2 und die Funktionselemente 8 innerhalb des Gehäuses 6 positioniert. Der Montagedorn 7 weist Halteeinrichtungen 10 auf, welche hier als Rastbolzen 14 ausgebildet sind. Die als Rastbolzen 14 ausgeführten Halteeinrichtungen 10 sind aus dem Montagedorn 7 ausfahrbar. Sie greifen in Ausnehmungen 12 ein, welche sich innerhalb des Rohrstücks 3 an dessen Innenumfang radial erstrecken. Die Halteeinrichtungen 10 sichern die Rohrsegmente 3 gegen ein Verschieben auf dem Montagedorn 7. Die Rohrstücke 3 weisen weiterhin an ihrem Innenumfang ausgebildete Verzahnungen 4 auf. Der Montagedorn 7 ist innerhalb der Montageeinheit so ausgebildet, dass dieser axial im Gehäuse 6 verschiebbar ist, so dass die Rohrstücke 3 seitlich in das Gehäuse 6 in die durch die Ausnehmungen 9 des Gehäuses 6 und der Nocken 2 gebildeten Gasse einschiebbar sind.
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4 zeigt das Gehäuse 6 mit eingeschobenem Montagedorn 7. Wie zu 3 beschrieben, werden vor dem Einschieben des Montagedorns 7 die Nocken 2 und die Funktionselemente 8 erwärmt. Nocken 2 und Funktionselemente 7 sind mit einem Innendurchmesser ihrer Durchführungen 9 gefertigt, welcher ein Einschieben der Rohrstücke 3 bei entsprechend großer Temperaturdifferenz zu den Rohrstücken 3 ermöglichen. Die Rohrstücke 3 können weiterhin zusätzlich vor dem Einschieben gekühlt werden. Der Außenumfang der Rohrstücke 3 ist in Relation zu den Durchführungen 9 der Nocken 2 und der Funktionselemente 8 so gestaltet, dass nach dem Temperaturausgleich der Nocken 2 und Funktionselemente 8 zu den Rohrstücken 3 ein Presssitz zwischen den Rohrstücken 3 und jeweils darauf angeordneten Nocken 2 und Funktionselementen 8 durch Aufschrumpfen entsteht. Durch den thermischen Fügevorgang werden die Nocken 2 und die Funktionselemente 8 nach erfolgtem Temperaturausgleich verdrehsicher sowie axial und radial in ihrer Lage zueinander bestimmt auf dem Rohrstück 3 gehalten und sind mit diesem durch den Presssitz verbunden. Die nunmehr gefügten Einheiten, bestehend aus jeweils einem Rohrstück 3 und den mit diesem verbundenen Nocken 2 und Funktionselementen 8, werden im Weiteren als Nockensegmente 1 bezeichnet. Die 4 zeigt zwei Nockensegmente 1, welche im gefügten Zustand in den Durchführungen 9 des Gehäuses 6 gelagert und noch zusätzlich auf dem Montagedorn 7 gehalten sind. Wenigstens bis zu einem teilweisen Temperaturausgleich verbleibt der Montagedorn 7 im Gehäuse 6 und hält die Rohrstücke 3, die Nocken 2 und Funktionselemente 8 zueinander positioniert. Nach dem wenigstens teilweisen Temperaturausgleich wird die Halteeinrichtung 10 gelöst und der Montagedorn 7 ausgefahren. Die Durchführungen 9 im Gehäuse 6 sind so bearbeitet, dass sie als Lagerung für die Rohrstücke 3 dienen. Alternativ können in die Durchführungen 9 des Gehäuses 6 vor dem Einschieben des Montagedorns 7 separate Lagerbuchsen eingesetzt sein. Mittels der Durchführungen 9 im Gehäuse 6 oder alternativ der zusätzlichen Lagerbuchsen, werden Gleitlagerungen für die Rohrstücke 3 gebildet, welche ein reibungsarmes Rotieren und ein axiales Verschieben der Nockensegmente 1 in den geschlossenen Lagerungen erlaubt.
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5 zeigt abweichend zu 3 und 4 eine alternative Ausbildung des Haltemittels 10. Gleiche Bezugszeichen werden mit gleichlautender Bedeutung zu den vorher beschriebenen Figuren verwendet. Das grundlegende Fügeverfahren ist identisch zu dem zu 3 und 4 beschriebenen. Lediglich die Ausbildung des Haltemittels 10 ist abweichend. So ist in der oberen Darstellung der 5 der Montagedorn 7 gezeigt, auf dem die Rohrstücke 3 mit Innenverzahnung 4 angeordnet sind. Abweichend zu 3 ist das Halteeinrichtung 10 nicht als Rastdorn 14 sondern als eine Distanzhülse 13 ausgeführt. Die Distanzhülse 13 ist bündig zwischen den beiden Rohrstücken 3 angeordnet und hält diese axial beabstandet. Für die radiale Positionierung kann der Montagedorn 7 eine Außenverzahnung (nicht dargestellt) aufweisen, um die Rohrstücke 3 radial in ihrer Position zu halten. Beim Einschieben der Rohrstücke 3 kann sich axial an das linke Nockensegment eine weitere Hülse (nicht dargestellt) anschließen, welche beim axialen Einschieben mit dem Montagedorn 7 bewegt wird und die axiale Bewegung des Montagedorns aus das Rohrstück 3 überträgt, indem diese am linken Bund des Rohrstücks 3 anliegend mit dem Montagedorn 7 eingefahren wird. Wie zu 3 u. 4 beschrieben werden die Rohrstücke in die erwärmten Nocken 2 und Funktionselemente 8 eingeschoben, welche vorpositioniert mit Ihren Durchführungen 9 fluchtend zu den Durchführungen 9 des Gehäuses in einer Gasse gehalten sind. Die Rohrstücke 3 können weiterhin zusätzlich gekühlt werden. Der Montagedorn 7 und die Distanzhülse 13 verbleiben während wenigstens eines Teils des Temperaturausgleichs von Nocken 2, Funktionselementen 8 und Rohrsegment 3 in der eingefahrenen Stellung und halten Nocken 2, Funktionselemente 8 und Rohrsegment 3 vorpositioniert. Durch die entsprechende Bearbeitung der Passung der Durchführungen 9 der Nocken 2 und der Durchführungen 9 der Funktionselemente 8 in Relation zum Außendurchmesser der Rohrsegmente 3 wird ein Presssitz der Nocken 2 und Funktionselementen 8 auf dem Rohrsegment 3 nach dem Temperaturausgleich erzeugt. Der Montagedorn 7 wird nach dem wenigstens teilweisen Temperaturausgleich aus dem Gehäuse 6 ausgefahren. Die Distanzhülse 13 kann nach unten aus dem Gehäuse 6 entnommen werden. Eine zusätzliche, für das Einschieben der Rohrstücke 3 genutzte, nicht dargestellte, weitere, linksseitig am Bund des linken Rohrstücks 3 angrenzende Hülse, welche auch als Teil des Montagedorns 7 ausgeführt sein kann, fährt mit dem Montagedorn 7 seitlich aus, so dass nur die gefügten Nockensegmente 1 in der in den Durchführungen 9 des Gehäuses 6 gebildeten Lagerung verbleiben. Die Distanzhülse kann in einer weiteren Ausführung zusätzlich zu dem zu 4 beschriebenen Haltemittel 10 genutzt werden.
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6 zeigt das Gehäuse 6 nach dem Fügen der Nockensegmente 1, wobei der Montagedorn 7 bereits ausgefahren wurde. Die Figur zeigt zwei Nockensegmente 1, welche aus den Rohrstücken 3 und jeweils fest darauf angeordneten Nocken 2 und jeweils einem Funktionselement 8 pro Nockensegment bestehen. Die Nockensegmente 1 sind drehbar und axial verschieblich in den Durchführungen 9 des Gehäuses 6 gehalten. Die Nockensegmente 1 weisen am Innenumfang der Rohrstücke 3 wenigstens in Teilbereichen der axialen Erstreckung der Rohrstücke 3 angeordnete Verzahnungen 4 für eine Basiswelle 15 auf, welche in 7 dargestellt ist. Des Weiteren weist das Gehäuse 6 wenigstens einen, axial um die Drehachse der Rohrstücke und radial neben oder zwischen diesen ausgebildeten Freiraum 16 auf, der in der dargestellten Ausführung zwischen den Nockensegmenten 1 ausgebildet ist. In diesen ist, wie nachfolgend in 8 dargestellt, ein weiteres Funktionselement 17 einsetzbar. Das weitere Funktionselement 17 wird dabei vor dem Einsetzen der Basiswelle 15 erwärmt in der Montageeinheit relativ zu den Durchführungen 9 im Gehäuse 6 gehalten, so dass axial die Basiswelle 15 seitlich einschiebbar ist. Die Basiswelle 15 wird dabei durch die Rohrstücke 3 eingeschoben und weiterhin durch die Durchführung 9 des weiteren Funktionselements 17 geführt. Der Innendurchmesser der Durchführung 9 des weiteren Funktionselements 17 ist so gestaltet, dass im erwärmten Zustand des weiteren Funktionselements 17 mit einer entsprechenden Temperaturdifferenz zur Basiswelle 15, welche zusätzlich gekühlt sein kann, diese durch die Durchführung 9 des weiteren Funktionselements 17 einschiebbar ist und nach einem Temperaturausgleich das weiter Funktionselement 17 und die Basiswelle 15 einen Presssitz bilden, so dass das weitere Funktionselement 17 und die Basiswelle fest miteinander verbunden sind. Das weitere Funktionselement 17 kann dabei als weiterer - nicht schaltbarer - Nocken für ein Ventil oder als Pumpennocken ausgeführt sein und zusätzlich oder alternativ ein Geberrad umfassen.
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7 zeigt die Basiswelle 15 vor dem Einschieben in das Gehäuse 6. Auf der Basiswelle 15 ist ein Lager 5 angeordnet, welches im Fügeprozess beim Einschieben der Basiswelle 15 in das Gehäuse 6 mit dieser eingesetzt wird. Alternativ kann das Lager 5 wie ein weiteres Funktionselement im Gehäuse 6 mittels der Montageeinheit erwärmt gehalten werden und beim Einschieben der Basiswelle 15 gefügt werden. Die Basiswelle 15 weist Außenverzahnungen 18 sowie einen Bereich 19 für ein weiteres Funktionselement 17 auf. Der Bereich 19 für das weitere Funktionselement 17 ist in seinem Außendurchmesser so bearbeitet, dass die Basiswelle 15 durch die Rohrstücke 3 und durch den Innendurchmesser der Durchführung 9 des weiteren Funktionselements 17 eingeschoben werden kann. Die Passung ist so gestaltet, dass im erwärmten Zustand des weiteren Funktionselements 17 die Basiswelle 15, welche zusätzlich gekühlt sein kann, durch die Durchführung 9 des weiteren Funktionselements 17 einschiebbar ist und nach einem Temperaturausgleich das weiter Funktionselement 17 und die Basiswelle 15 einen Presssitz bilden, so dass das weitere Funktionselement 17 und die Basiswelle fest miteinander verbunden sind.
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8 zeigt das fertig gefügte Gehäuse 6 mit in den Durchführungen 9 des Gehäuses 6 gelagerten Nockensegmenten 1, welche drehfest und axial verschiebbar über die Verzahnung 4 der Rohrstücke 3 mit der Außenverzahnung 18 der Basiswelle 15 verbunden sind. Weiterhin wurde beim Einschieben der Basiswelle 15 in dem gezeigten Ausführungsbeispiel eine weiteres Funktionselement 17, welches hier als Geberrad ausgeführt ist, auf der Basiswelle 15 gefügt. Das beim Fügen gegenüber der Basiswelle erwärmte, weitere Funktionselement 17 ist nach dem Temperaturausgleich zu dieser fest auf der Basiswelle 15 angeordnet.
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Bezugszeichenliste
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- (1)
- Nockensegment
- (2)
- Nocken
- (3)
- Rohrstück
- (4)
- Innenverzahnung
- (5)
- Lager
- (6)
- Gehäuse
- (7)
- Montagedorn
- (8)
- Funktionselemente
- (9)
- Durchführungen
- (10)
- Halteeinrichtung
- (11)
- Führungsbahnelemente
- (12)
- Ausnehmungen
- (13)
- Distanzhülse
- (14)
- Rastbolzen
- (15)
- Basiswelle
- (16)
- Freiraum
- (17)
- weiteres Funktionselement
- (18)
- Außenverzahnung
- (19)
- Bereich für weiteres Funktionselement 17
