DE102020216176A1

DE102020216176A1 - Verfahren zur Montage einer Welle, insbesondere einer Nockenwelle, in einer Lagergasse einer Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE102020216176A1
Application number: DE102020216176.3A
Authority: DE
Inventors: Stefan Cramer; Frank Dautel; Justus Himstedt
Original assignee: Mahle International GmbH
Current assignee: Mahle International GmbH
Priority date: 2020-12-17
Filing date: 2020-12-17
Publication date: 2022-06-23
Also published as: CN114643554B; US20220250220A1; CN114643554A

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Montage einer Welle (4), bei dem mindestens ein Dichtring (2) derart auf der Welle (4) montiert wird, dass dieser in eine umlaufende Nut (3) eingreift.Erfindungswesentlich ist dabei, dass ein zumindest zwei radial verstellbare teilkreisförmige Spannbacken (6) oder eine Bandschelle (7) aufweisendes Kalibrierwerkzeug (1) verwendet wird, um den Dichtring (2) in die jeweilige Nut (3) einzudrücken und kraft- und formschlüssig zu halten.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Montage einer Welle in einer Lagergasse einer Brennkraftmaschine, bei dem mindestens ein Dichtring derart auf der Welle montiert wird, dass der mindestens eine Dichtring aufgeweitet und auf einen Bereich der Welle aufgeschoben wird, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Die Erfindung betrifft außerdem ein Aufweitwerkzeug zum Aufweiten eines Dichtrings für ein solches Verfahren sowie ein Kalibrierwerkzeug zur Verwendung in einem solchen Verfahren.
Aus der DE 10 2016 224 040 A1 ist ein gattungsgemäßes Verfahren zur Montage einer Nockenwelle in einer Lagergasse einer Zylinderkopfhaube einer Verbrennungskraftmaschine bekannt, bei dem folgende Schritte ausgeführt werden: Montieren mindestens eines Dichtringes an der Nockenwelle derart, dass der mindestens eine Dichtring auf einen Bereich der Nockenwelle, in welchem wenigstens eine am äußeren Durchmesser der Nockenwelle radial umlaufenden Nut ausgebildet ist, aufgeschoben wird, so dass der Dichtring in der Nut angeordnet ist. Der Dichtring ist dabei zumindest teilweise aus einem elastisch verformbaren Polymer gebildet. Anschließend erfolgt ein Aufschieben eines Kalibrierwerkzeugs mit einer rotationssymmetrischen Öffnung derart über den zumindest einen Dichtring, dass der mindestens eine Dichtring in die jeweilige Nut an der Nockenwelle gedrückt sowie kraftschlüssig und formschlüssig in dieser gehalten wird. Hierdurch soll insbesondere ein unerwünschtes Beschädigen von über die Nockenwelle überstehenden Bereichen des Dichtrings vermieden werden.
Nachteilig bei dem aus dem Stand der Technik bekannten Verfahren ist jedoch, dass der Einsatz des dort beschriebenen Kalibrierwerkzeugs zum Eindrücken des Dichtrings in die zugehörige Nut an der Nockenwelle einen bestimmten axialen Verfahrweg erfordert, der in modernen Motorräumen und damit beengten Bauraumverhältnissen oft nicht umsetzbar ist.
Die vorliegende Erfindung beschäftigt sich daher mit dem Problem, für ein Verfahren der gattungsgemäßen Art eine verbesserte oder zumindest eine alternative Ausführungsform anzugeben, die insbesondere auch für beengte Platzverhältnisse geeignet ist.
Dieses Problem wird erfindungsgemäß durch den Gegenstand des unabhängigen Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Die vorliegende Erfindung beruht auf dem allgemeinen Gedanken, bei einem Verfahren zur Montage einer Welle in einer Lagergasse einer Brennkraftmaschine ein Kalibrieren bzw. Komprimieren eines Dichtrings durch ein sich radial verstellendes Werkzeug zu realisieren, wodurch insbesondere in Axialrichtung ein deutlich geringerer Arbeitsraum benötigt wird als bei einem beispielsweise aus dem Stand der Technik bekannten zum Komprimieren des Dichtrings in Axialrichtung verstellbaren Kalibrierwerkzeugs. Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren bietet sich zudem zwei Alternativen an, nämlich einerseits durch ein Kalibrierwerkzeug mit radial verstellbaren Spannbacken und andererseits durch ein Kalibrierwerkzeug mit einer verstellbaren Bandschelle, wobei beide Verfahren nachfolgend näher erläutert werden. Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Montage einer Welle, beispielsweise einer Nockenwelle, in einer Lagergasse einer Brennkraftmaschine wird zumindest ein Dichtring derart auf der Nockenwelle montiert, dass dieser zunächst aufgeweitet und auf einen Bereich der Nockenwelle, in welchem wenigstens eine am äußeren Durchmesser der Nockenwelle radial umlaufende Nut ausgebildet ist, aufgeschoben wird, so dass der Dichtring in der Nut angeordnet werden kann.
Anschließend wird gemäß einer ersten Alternative des erfindungsgemäßen Verfahrens ein zumindest zwei radial verstellbare und teilkreisförmige Spannbacken aufweisendes Kalibrierwerkzeug über dem mindestens einen Dichtring positioniert. Nach dem Positionieren erfolgt ein radiales nach innen Verstellen der Spannbacken bis deren kleinster Innendurchmesser größer als der Außendurchmesser der Nockenwelle im Bereich der jeweiligen Nut und kleiner als der Außendurchmesser des mindestens einen auf die Nockenwelle im Bereich der Nut aufgeschobenen Dichtrings ist. Die einzelnen Spannbacken besitzen somit in nicht radial nach innen verstelltem Zustand einen Innendurchmesser, der größer als der Außendurchmesser des Dichtrings ist, so dass das Positionieren des Kalibrierwerkzeugs über dem Dichtring vergleichsweise einfach möglich ist. Erst durch das radiale nach innen verstellen der Spannbacken wird ein durch die Spannbacken gebildeter Innendurchmesser reduziert und drückt dadurch den Dichtring, der als geschlossener Dichtring aber auch als offener Dichtring ausgebildet sein kann, in die Nut. Das Eindrücken des mindestens einen Dichtrings in die jeweils zugehörige Nut erfolgt somit über die radial nach innen verstellten Spannbacken, ebenso wie ein kraftschlüssiges und formschlüssiges Halten des Dichtrings in der Nut.
Bei einer zweiten Alternative des erfindungsgemäßen Verfahrens wird zunächst ein eine verstellbare Bandschelle aufweisendes Kalibrierwerkzeug über dem mindestens einen zu kalibrierenden bzw. komprimierenden Dichtring positioniert und anschließend die Bandschelle zusammengezogen und dadurch deren Innendurchmesser reduziert, bis deren kleinster Innendurchmesser größer als der Außendurchmesser der Welle im Bereich der jeweiligen Nut und kleiner als der Außendurchmesser des mindestens einen auf der Nockenwelle im Bereich der Nut aufgeschobenen Dichtrings ist. Anschließend erfolgt auch hier ein Eindrücken des mindestens einen Dichtrings in die jeweilige Nut sowie ein kraftschlüssiges und formschlüssiges Halten des Dichtrings in der Nut. Derartige Bandschellen können ähnlich von Schlauchschellen aufgebaut sein und beispielsweise ein Schneckengewinde oder zwei zusammendrückbare Haltebügel aufweisen.
Beiden alternativen Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens ist jedoch gemein, dass diese in Axialrichtung einen im Vergleich zu dem aus dem Stand der Technik bekannten Kalibrierwerkzeug deutlich geringeren Arbeitsraum erfordern, wodurch eine Montage einer Welle in einer Lagergasse eine Brennkraftmaschine mit zumindest einem Dichtring auch in beengten Motorräumen und damit beengten Platzverhältnissen möglich ist.
Bei einer vorteilhaften Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die Welle in ein Lager einer Lagergasse eingeführt. Durch den zumindest einen mittels des Kalibrierwerkzeugs kalibrierten bzw. komprimierten Dichtring kann die Welle, beispielsweise eine Nockenwelle, in eine zugehörige Lagergasse eingeschoben werden, wobei das Kalibrierwerkzeug verhindert, dass ein über den Außendurchmesser der Welle überstehender Dichtring beim Einschieben in die Lagergasse beschädigt wird. Das Kalibrierwerkzeug kann dabei von dem Lager beim Einschieben der Welle in die Lagergasse von der Welle abgezogen oder abgestreift und dadurch der Dichtring freigegeben werden, so dass sich dieser in seiner endgültigen Position von innen gegen eine Innenmantelfläche des Lagers vorspannt. Die Lagergasse kann dabei an einem Zylinderkopf oder einer Zylinderkopfhaube der Brennkraftmaschine angeordnet sein. Durch das Abziehen bzw. Abstreifen des Kalibrierwerkzeugs während des Einführens der Welle in die Lagergasse kann die Welle einfach montiert werden, ohne dass eine Beschädigung des Dichtrings bzw. der Dichtringe befürchtet werden muss.
Bei einer vorteilhaften Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die Welle vor dem Einführen in das Lager der Lagergasse und/oder vor dem Positionieren des Kalibrierwerkzeugs vor dem Montieren des wenigstens einen Dichtrings gekühlt. Dies kann rein theoretisch alleine oder auch mit dem bereits aufgeschobenen Dichtring erfolgen, wobei die Kühlung der Welle mit oder ohne Dichtring sowohl ein vereinfachtes Aufbringen des Dichtrings auf der Welle als auch eine vereinfachte Montage der Welle in der Lagergasse der Brennkraftmaschine ermöglicht, da durch das Kühlen, beispielsweise mit flüssigem Stickstoff, eine Reduzierung der Außenabmessungen der Welle erreicht wird. Wird beispielsweise ebenfalls das Kalibrierwerkzeug gekühlt, so zieht sich auch dieses zusammen, was bei einem Kalibrieren bzw. Komprimieren des Dichtrings zu einer stärkeren Stauchung desselben und damit zu einem tieferen Eindrücken desselben in die jeweilige Nut führen kann.
Zweckmäßig wird der mindestens eine Dichtring mittels des Kalibrierwerkzeugs soweit in die zugehörige Nut hineingedrückt, dass die innere Mantelfläche des Dichtrings im Bereich seines kleinsten Innendurchmessers den Boden der jeweiligen Nut nicht erreicht. Dadurch kann insbesondere eine Gefahr einer Beschädigung des Dichtrings bei der Montage zumindest reduziert und gleichzeitig die durch das elastische Vorspannen des Dichtrings in die Nut und die dadurch bewirkte elastische Verformung des Dichtrings erreichbare Dichtwirkung verbessert werden. Das liegt darin begründet, dass der Dichtring den Boden der zugehörigen Nut an der Welle bei der Montage und ebenso beim Betrieb der Brennkraftmaschine nicht berührt.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der erfindungsgemäßen Lösung wird ein zumindest teilweise aus einem elastisch verformbaren Polymer, insbesondere einem Polytetrafluorethylen (PTFE) ausgebildeter Dichtring verwendet. PTFE ist ein unverzweigtes, linear aufgebautes und teilkristallines Polymer, was sehr reaktionsträge und dadurch äußerst geeignet für den Einsatz in Brennkraftmaschinen, beispielsweise auch bei Vorliegen von aggressiven Flüssigkeiten, wie beispielsweise Ölen, ist. PTFE hat darüber hinaus geringe Reibungskoeffizienten, wobei die Haftreibung genauso groß ist wie die Gleitreibung, was insbesondere für einen Start einer Brennkraftmaschine und einem damit verbundenen Übergang von einem Stillstand zu einer Rotation der Welle von großem Vorteil ist. Zudem besitzt PTFE eine extrem geringe Oberflächenspannung und ist dadurch nur schwierig zu benetzen bzw. zu verkleben, wodurch insbesondere auch ein Anhaften von Partikeln an einem solchen Dichtring nicht oder nur stark reduziert möglich ist.
Bei einer vorteilhaften Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird zum Aufweiten des Dichtrings zum Aufschieben desselben auf den Bereich der Nockenwelle ein Aufweitwerkzeug mit zwei Ringscheiben und einer dazwischen angeordneten Elastomerringscheibe verwendet, wobei ein Außendurchmesser des Aufweitwerkzeugs maximal gleich groß ist wie ein Innendurchmesser des Dichtrings. Hierbei wird der Dichtring zunächst auf die Elastomerringscheibe des Aufweitwerkzeugs aufgeschoben und anschließend werden die beiden Ringscheiben, welche beispielsweise aus einem harten Kunststoff bzw. aus Metall ausgebildet sein können, axial aufeinander zubewegt, wodurch die Elastomerringscheibe in Axialrichtung gestaucht wird und sich radial nach außen weitet. Durch das sich radiale nach außen Weiten der Elastomerringscheibe wird gleichzeitig auch der darauf angeordnete Dichtring aufgeweitet. Anschließend kann der Dichtring auf den Bereich der Nockenwelle mit der Nut und weiter in die Nut geschoben werden. Ein derartiges Aufweitwerkzeug bietet dabei den großen Vorteil, dass ein kostengünstiges und konstruktiv äußerst einfach aufgebautes Aufweitwerkzeug bereitgestellt werden kann, welches jedoch ein zuverlässiges und gleichmäßiges Aufweiten des Dichtrings und damit auch ein einfaches Aufschieben desselben auf die Welle ermöglicht.
Die vorliegende Erfindung beruht weiter auf dem allgemeinen Gedanken, ein derartiges Aufweitwerkzeug mit zwei Ringschieben, beispielsweise aus Kunststoff oder aus Metall anzugeben, zwischen denen die zuvor beschriebene Elastomerringscheibe angeordnet, beispielsweise verschweißt oder verklebt, ist. Ein axiales Aufeinander zu bewegen und damit ein Stauchen der Elastomerringscheibe kann dabei durch eine Verstellmechanik bewirkt werden, die beispielsweise eine Hülse und einen Zugstempel aufweist, wobei sich die Hülse an der einen Ringscheibe und der Zugstempel koaxial durch die Hülse geführt an der anderen Ringscheibe abstützt. Durch ein axiales Verstellen des Zugstempels relativ zur Hülse können ein Komprimieren der Elastomerringscheibe und damit ein Aufweiten derselben sowie ein Aufweiten eines darauf angeordneten Dichtrings erfolgen.
Die vorliegende Erfindung beruht weiter auf dem allgemeinen Gedanken, ein Kalibrierwerkzeug für die erste Alternative des in den vorherigen Absätzen beschriebenen Verfahrens anzugeben, welches eine Spannhülse mit zumindest zwei radial verstellbaren und sich fingerartig in Axialrichtung erstreckende Spannbacken aufweist. Die Spannbacken besitzen dabei an ihrem freien Ende jeweils eine konisch nach außen aufweitende Außenfläche, wobei zusätzlich ein auf der Spannhülse axial verstellbarer Fixierring mit einer konischen Innenmantelfläche vorgesehen ist. Die konische Innenmantelfläche des Fixierrings ist dabei komplementär zu den sich konisch nach außen aufweitenden Außenflächen an den Spannbacken ausgebildet, so dass sich die fingerartigen Spannbacken radial nach innen verstellen, sofern der Fixierring mit seiner konischen Innenmantelfläche auf die konisch nach außen aufweitenden Außenflächen der fingerartigen Spannbacken aufgeschoben wird. Hierdurch kann mit äußerst geringem axialem Bauraumbedarf ein zuverlässiges Kalibrieren bzw. Komprimieren eines innerhalb der Spannbacken angeordneten Dichtrings erfolgen, wobei die einzelnen fingerartigen Spannbacken einen konstanten Innendurchmesser aufweisen können. Dabei ist es rein theoretisch vorstellbar, dass insgesamt elf derartige Spannbacken vorgesehen sind, wobei rein theoretisch auch mehr oder weniger, beispielsweise drei, Spannbacken vorgesehen sein können, wodurch die Komplexität des Kalibrierwerkzeugs reduziert werden kann.
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 Komponenten beziehen.
Es zeigen, jeweils schematisch,

1a eine Ansicht auf ein erfindungsgemäßes Kalibrierwerkzeug zur Durchführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens mit geschlossenen Spannbacken,
1b eine Darstellung wie in 1a, jedoch bei geöffneten Spannbacken und eingelegtem Dichtring,
1c eine Darstellung wie in 1b, jedoch bei geschlossenen Spannbacken,
1d eine teilweise geschnittene Ansicht eines Kalibrierwerkzeugs mit eingelegter Welle und niedergedrückten Dichtringen,
2a eine Darstellung wie in 1a, jedoch bei einem Kalibrierwerkzeug mit drei Spannbacken,
2b eine Darstellung wie in 1b, jedoch ebenfalls mit drei Spannbacken,
2c eine Darstellung wie in 1c, jedoch ebenfalls mit drei Spannbacken,
3 eine Ansicht auf eine weitere mögliche Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Kalibrierwerkzeugs mit Spannhülse und Fixierring,
4 eine teilweise geschnittene Ansicht durch das Kalibrierwerkzeug entsprechend der 3 mit geschlossenen Spannbacken und in eine Nut einer Welle niedergedrücktem Dichtring,
5 eine weitere mögliche Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Kalibrierwerkzeugs mit einer Bandschelle,
6 eine Axialansicht auf das gemäß der 5 dargestellte Kalibrierwerkzeug mit geöffneter Bandschelle,
7 eine Darstellung wie in 6, jedoch mit zusammengezogener Bandschelle,
8a eine Schnittdarstellung durch ein erfindungsgemäßen Aufweitwerkzeug,
8b eine Darstellung wie in 8a, jedoch bei axial komprimierten Aufweitwerkzeug,
9a eine Darstellung wie in 8a, jedoch mit darauf angeordnetem Dichtring,
9b eine Darstellung wie in 8b, jedoch mit darauf angeordnetem und aufgeweitetem Dichtring.

Entsprechend den 1 bis 7 ist ein erfindungsgemäßes Kalibrierwerkzeug 1 gezeigt, mittels welchem ein Dichtring 2 kalibriert bzw. komprimiert und dadurch in eine Nut 3 einer Welle 4, beispielsweise einer Nockenwelle 5 (vgl. 1b bis d, 2b und c, 4) gedrückt werden kann. Das Kalibrierwerkzeug 1 besitzt dabei zumindest zwei radial verstellbare teilkreisförmige Spannbacken 6, (gemäß den 1a bis d, zwei Spannbacken 6, gemäß den 2a bis c, drei Spannbacken 6 und gemäß der 3 insgesamt elf Spannbacken 6). Bei dem Kalibrierwerkzeug 1 gemäß den 5 bis 7 weist dieses eine verstellbare Bandschelle 7 auf, mit welcher durch einen Zusammenziehen ein Reduzieren eines Durchmessers D des Dichtrings 2 erreicht werden kann.
Ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Montage einer Welle 4 in einer Lagergasse 18 einer Brennkraftmaschine 19 gestaltet sich dabei wie folgt: Zunächst wird mindestens ein Dichtring 2 auf der Welle 4, insbesondere der Nockenwelle 5, derart montiert, dass der mindestens eine Dichtring 2 aufgeweitet und auf einen Bereich 8 (vgl. 1d) der Welle 4, in welchem wenigstens eine am äußeren Durchmesser der Welle 4 radial umlaufende Nut 3 ausgebildet ist, aufgeschoben wird, so dass der Dichtring 2 in der Nut 3 angeordnet ist, wie dies gemäß den 1d und 4 dargestellt ist.
Anschließend erfolgt bei einer ersten Alternative des erfindungsgemäßen Verfahrens ein Positionieren eines zumindest zwei radial verstellbare und teilkreisförmige Spannbacken 6 aufweisenden Kalibrierwerkzeugs 1 über dem mindestens einen Dichtring 2 (vgl. die 1 bis 4) sowie anschließend ein radiales nach innen Verstellen der Spannbacken 6 bis deren kleinster gemeinsamer Innendurchmesser größer als der Außendurchmesser der Welle 4 im Bereich der jeweiligen Nut 3 und kleiner als der Außendurchmesser D des mindestens einen auf die Welle 4 im Bereich der Nut 3 aufgeschobenen Dichtrings 2 ist. Durch das radiale nach innen Verstellen der Spannbacken 6 wird der Durchmesser des Dichtrings 2 von D₁ auf D₂ reduziert, wodurch der Dichtring 2 in die Nut 3 eingedrückt wird. Durch das Kalibrierwerkzeug 1 erfolgt zudem ein kraftschlüssiges und formschlüssiges Halten des Dichtrings 2 in der Nut bei einem späteren Einführen der Welle 4 bzw. der Nockenwelle 5 in Lager 20 der Lagergasse 18, beispielsweise einer Brennkraftmaschine 19.
Bei einer zweiten alternativen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens erfolgt der Einsatz des die Bandschelle 7 aufweisenden Kalibrierwerkzeugs 1 gemäß den 5 bis 7, bei dem zunächst das die verstellbare Bandschelle 7 aufweisende Kalibrierwerkzeug 1 über dem mindestens einen Dichtring 2 positioniert wird (vgl. die 5 und 6). Anschließend erfolgt ein Zusammenziehen (vgl. 7) und damit ein nach innen Verstellen der Bandschelle 7 bis deren kleinster Innendurchmesser größer als der Außendurchmesser der Welle 4, beispielsweise der Nockenwelle 5, im Bereich der jeweiligen Nut 3 und kleiner als der Außendurchmesser des mindestens einen auf der Welle 4 im Bereich der Nut 3 aufgeschobenen Dichtrings 2 ist. Dies ist gemäß der 7 dargestellt. Zum Kalibrieren bzw. Komprimieren des Dichtrings 2 und damit zu einer Reduzierung des Außendurchmesser D₁ auf D₂, werden beispielsweise zwei Haltebügel 9a und 9b des Kalibrierwerkzeugs 1 aufeinander zu bewegt, so dass deren ursprünglich eingeschlossener Winkel α₁ > 0° (vgl. 6) auf α₂ = 0° (vgl. 7) reduziert wird. Hierdurch erfolgt ein Eindrücken des mindestens einen Dichtrings 2 in die jeweils zugehörige Nut 3 sowie ein kraft- und formschlüssiges Halten des Dichtrings 2 in der Nut 3.
Auch bei der zweiten alternativen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens kann die Welle 4, beispielsweise die Nockenwelle 5, anschließend in nicht gezeigte Lager 20 einer Lagergasse 18 eingeführt bzw. eingeschoben werden, wobei das Kalibrierwerkzeug 1 während des Einführens der Welle 4 bzw. der Nockenwelle 5 in die Lagergasse 18 von der Welle 4 bzw. der Nockenwelle 5 abgezogen oder abgestreift wird. Mittels des erfindungsgemäßen Kalibrierwerkzeugs 1 kann dabei insbesondere ein unbeabsichtigtes Überstehen eines Außendurchmessers des Dichtrings 2 über den Außendurchmesser der Welle 4 bzw. deren Bereich 8 mit der Nut 3 und dadurch ein Beschädigen des Dichtrings 2 beim Einführen in die Lagergasse 18 vermieden werden. Für eine erleichterte Montage kann die Welle 4 vor dem Einführen in die Lager 20 der Lagergasse 18 und/oder vor dem Positionieren des Kalibrierwerkzeugs 1 vor dem Montieren des wenigstens einen Dichtrings 2 gekühlt werden, wodurch der Außendurchmesser der Welle 4 reduziert und dadurch ein vereinfachtes Einfädeln in die Lagergasse 18 erreicht werden kann. Die Welle 4 bzw. die Nockenwelle 5 kann vor dem Montieren des wenigstens einen Dichtrings 2 gekühlt werden, wobei alternativ auch denkbar ist, dass die Welle 4 bzw. die Nockenwelle 5 mit dem bereits aufgeschobenen mindestens einen Dichtring 2 gemeinsam gekühlt wird. In beiden Fällen ist eine Reduzierung des Außendurchmesser der Welle 4, insbesondere dessen Bereich 8 und damit auch der Nut 3 möglich, im zweiten Fall auch des Dichtrings 2, wodurch die Montage in der Lagergasse 18 erleichtert und ein Risiko für Beschädigungen des Dichtrings 2 reduziert werden können.
Der mindestens eine Dichtring 2 wird dabei mit dem Kalibrierwerkzeug 1 soweit in die wenigstens eine Nut 3 hineingedrückt, dass eine innere Mantelfläche des Dichtrings 2 im Bereich seines kleinsten Innendurchmessers einen Boden der jeweiligen Nut 3 nicht erreicht. Hierdurch kann eine Beschädigung des jeweiligen Dichtrings 2 bei der Montage vermieden werden und gleichzeitig die durch die elastische Verformung des Dichtrings 2 erreichbare Dichtwirkung verbessert werden, da dieser den Boden der jeweiligen Nut 3 sowohl bei der Montage als auch im Betrieb der jeweiligen Brennkraftmaschine 19 nicht berührt.
Unter Schutz gestellt werden soll natürlich auch eine mit dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellte bzw. in eine Lagergasse 18 einer Brennkraftmaschine 19 eingebaute Welle 4, insbesondere eine Nockenwelle 5, sowie eine Brennkraftmaschine 19 mit einer solchen Welle 4, insbesondere einer solchen Nockenwelle 5.
Der Dichtring 2 kann beispielsweise aus einem elastisch verformbaren Polymer, beispielsweise Polytetrafluorethylen (PTFE) ausgebildet sein, was insbesondere für eine Anwendung in Brennkraftmaschinen von großem Vorteil ist, da PTFE beständig gegenüber Öl ist und zugleich einen äußerst geringen Reibungskoeffizienten aufweist. Zudem bietet PTFE den großen Vorteil, dass sowohl der Haftreibungskoeffizient als auch der Gleitreibungskoeffizient gleich groß sind, was insbesondere einen Rotationsstart der Welle 4 erleichtert.
Um den Dichtring 2 auf den Bereich 8 der Welle 4 aufschieben zu können, muss dieser zunächst aufgeweitet werden, wozu beispielsweise ein Aufweitwerkzeug 10 (vgl. die 8 und 9) eingesetzt werden kann. Dieses erfindungsgemäße Aufweitwerkzeug 10 besitzt dabei zwei Ringscheiben 11a und 11b und eine dazwischen angeordnete Elastomerringscheibe 12, wobei ein Außendurchmesser D₃ des Aufweitwerkzeugs 10 kleiner oder maximal gleich groß einem Innendurchmesser des Dichtrings 2 ist. Hierdurch ist es möglich, den Dichtring 2 problemlos auf das Aufweitwerkzeug 10 aufzuschieben, wie dies gemäß der 9a dargestellt ist. Zum Aufweiten des Dichtrings 2 werden anschließend die beiden Ringscheiben 11a und 11b des Aufweitwerkzeugs 10 aufeinander zu bewegt (vgl. die 8b und 9b), wodurch die dazwischen angeordnete Elastomerringscheibe 12 komprimiert wird und sich diese radial nach außen weitet, was zu einer Aufweitung des Dichtrings 2, der auf der Elastomerringscheibe 12 angeordnet ist, führt. Der Innendurchmesser D₃ des Dichtrings 2 steigt somit gemäß der 9a beim Aufweiten auf den Innendurchmesser D₄ gemäß der 9b. Der aufgeweitete Innendurchmesser D₄ des Dichtrings 2 entspricht dabei dem Außendurchmesse des Bereichs 8 der Welle 4, wodurch ein problemloses Aufschieben des Dichtrings 2 auf den Bereich 8 der Welle 4 ermöglicht wird.
Die beiden Ringscheiben 11a, 11b können beispielsweise aus Kunststoff oder aus Metall ausgebildet sein, wobei die dazwischen angeordnete Elastomerringscheibe 12 mit den beiden Ringscheiben 11a, 11b verschweißt oder verklebt ist. Selbstverständlich muss zum Aufeinander zubewegen der beiden Ringscheiben 11a, 11b und damit zu einem Komprimieren der dazwischen angeordneten Elastomerringscheibe 12 noch eine entsprechende Verstellmechanik vorgesehen sein, welche beispielsweise durch eine Hülse und einen darin geführten Stempel realisiert werden kann.
Betrachtet man noch das gemäß den 3 und 4 dargestellte Kalibrierwerkzeug 1, so kann man erkennen, dass dieses eine Spannhülse 13 mit zumindest zwei radial verstellbaren und sich fingerartig in Axialrichtung 14 erstreckende Spannbacken 6 aufweist, die an ihrem jeweiligen freien Ende jeweils eine konisch nach außen aufweitende Außenfläche 15 aufweisen. Ebenfalls vorgesehen ist ein auf der Spannhülse 13 axial verstellbarer Fixierring 16 mit einer konischen Innenmantelfläche 17, wobei sich die fingerartigen Spannbacken 6 radial nach innen verstellen, sofern der Fixierring 16 mit seiner konischen Innenmantelfläche 17 auf die sich konisch nach außen weitenden Außenflächen 15 der Spannbacken 6 aufgeschoben wird, wie dies gemäß der 4 dargestellt ist. Hierdurch kann ebenfalls ein Kalibrieren bzw. Komprimieren des Dichtrings 2 und damit ein in die Nut 3 drücken desselben erreicht werden.
Um eine möglichst große Rundheit zu erlangen und ggf. an einem Stoß des Kalibrierwerkzeugs 1, beispielsweise am Übergang zwischen den Spannbacken 6, auftretende Effekte, wie Aufwürfe, auszugleichen, kann das Kalibrierwerkzeug 1 nach einem ersten Kalibrierschritt wieder auseinandergefahren und anschließend um einen Winkel rotiert wieder geschlossen werden. Das Kalibrierwerkzeug 1 wird somit nach einem ersten radialen Stauchen des Dichtrings 2 gelöst, anschließend in Umfangsrichtung zum Dichtring 2 verdreht und wiederum anschließend wieder geschlossen, wodurch der Dichtring 2 erneut radial gestaucht wird.
Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren, dem erfindungsgemäßen Aufweitwerkzeug 10 und dem erfindungsgemäßen Kalibrierwerkzeug 1 ist eine vergleichsweise einfache und in Axialrichtung 14 wenig Bauraum erfordernde Kalibrierung bzw. Komprimierung des Dichtrings 2 möglich, was insbesondere in modernen und beengten Brennkraftmaschinen 19, bei welchen der Einsatz einer längsverschieblichen Hülse nicht möglich wäre, von großem Vorteil ist. Mit dem erfindungsgemäßen Kalibrierwerkzeug 1 können selbstverständlich auch mehrere Dichtringe 2 gleichzeitig kalibriert, das heißt komprimiert, werden.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102016224040 A1 [0002]

Claims

Verfahren zur Montage einer Welle (4), insbesondere einer Nockenwelle (5), in einer Lagergasse (18) einer Brennkraftmaschine (19), bei dem mindestens ein Dichtring (2) auf der Welle (4) derart montiert wird, dass der mindestens eine Dichtring (2) aufgeweitet und auf einen Bereich (8) der Welle (4), in welchem wenigsten eine am äußeren Durchmesser der Welle (4) umlaufende Nut (3) ausgebildet ist, aufgeschoben wird, so dass der Dichtring (2) in der Nut (3) angeordnet ist, gekennzeichnet durch, - ein Positionieren eines zumindest zwei radial verstellbare teilkreisförmige Spannbacken (6) aufweisenden Kalibrierwerkzeugs (1) über dem mindestens einen Dichtring (2), - ein radiales nach innen Verstellen der Spannbacken (6) bis deren kleinster Innendurchmesser größer als der Außendurchmesser der Welle (4) im Bereich der jeweiligen Nut (3) und kleiner als der Außendurchmesser des mindestens einen auf die Welle (4) im Bereich der Nut (3) aufgeschobenen Dichtrings (2) ist, - ein Eindrücken des mindestens einen Dichtrings (2) in die jeweilige Nut (3) sowie kraftschlüssiges und formschlüssiges Halten des Dichtrings (2) in der Nut (3), oder - ein Positionieren eines eine verstellbare Bandschelle (7) aufweisenden Kalibrierwerkzeugs (1) über dem mindestens einen Dichtring (2), - ein Zusammenziehen und damit ein nach innen Verstellen der Bandschelle (7) bis deren kleinster Innendurchmesser größer als der Außendurchmesser der Welle (4) im Bereich der jeweiligen Nut (3) und kleiner als der Außendurchmesser des mindestens einen auf die Welle (4) im Bereich der Nut (3) aufgeschobenen Dichtrings (2) ist, - ein Eindrücken des mindestens einen Dichtrings (2) in die jeweilige Nut (3) sowie kraftschlüssiges und formschlüssiges Halten des Dichtrings (2) in der Nut (3).
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Welle (4) in ein Lager (20) einer Lagergasse (18) eingeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Kalibrierwerkzeug (1) während des Einführens der Welle (4) in die Lagergasse (18) von der Welle (4) abgezogen oder abgestreift wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Welle (4) vor dem Einführen in das Lager (20) der Lagergasse (18) und/oder vor dem Positionieren des Kalibrierwerkzeugs (1) gekühlt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, - dass die Welle (4) vor dem Montieren des wenigstens einen Dichtrings (2) gekühlt wird, oder - dass die Welle (4) mit dem bereits aufgeschobenen mindestens einen Dichtring (2) gemeinsam gekühlt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Dichtring (2) mit dem Kalibrierwerkzeug (1) soweit in die wenigstens eine Nut (3) hineingedrückt wird, dass die innere Mantelfläche des Dichtrings (2) im Bereich seines kleinsten Innendurchmessers einen Boden der jeweiligen Nut (3) nicht erreicht.
Verfahren nach einem der vorgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein zumindest teilweise aus einem elastisch verformbaren Polymer, insbesondere einem Polytetrafluorethylen (PTFE) ausgebildeter Dichtring (2) verwendet wird.
Verfahren nach einem der vorgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, - dass das Kalibrierwerkzeug (1) nach einem ersten radialen Stauchen des Dichtrings (2) gelöst wird, - dass das Kalibrierwerkzeug (1) in Umfangsrichtung zum Dichtring (2) verdreht wird, - dass das Kalibrierwerkzeug (1) den Dichtring (2) erneut radial staucht.
Verfahren nach einem der vorgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zum Aufweiten des Dichtrings (2) zum Aufschieben auf die Welle (4) ein Aufweitwerkzeug (10) mit zwei Ringscheiben (11a, 11b) und einer dazwischen angeordneten Elastomerringscheibe (12) verwendet wird, wobei ein Außendurchmesser des Aufweitwerkzeugs (10) kleiner oder gleich einem Innendurchmesser des Dichtrings (2) ist, wobei - der Dichtring (2) auf die Elastomerringscheibe (12) des Aufweitwerkzeugs (10) geschoben wird, - die beiden Ringscheiben (11a, 11b) des Aufweitwerkzeugs (10) aufeinander zu bewegt werden, sodass sich die Elastomerringscheibe (12) radial nach außen weitet und dadurch auch den Dichtring (2) aufweitet, - der Dichtring (2) auf den Bereich (8) der Welle (4) mit der Nut (3) und weiter in die Nut (3) geschoben wird.
Welle (4), insbesondere eine Nockenwelle (5), bei der mindestens ein Dichtring (2) mit einem Verfahren nach einem der vorgehenden Ansprüche in die jeweilige Nut (3) eingedrückt sowie kraftschlüssig und formschlüssig gehalten ist.
Aufweitwerkzeug (10) für das Verfahren nach Anspruch 9, mit zwei Ringscheiben (11a, 11b) und einer dazwischen angeordneten Elastomerringscheibe (12).
Aufweitwerkzeug nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die zwei Ringscheiben (11a, 11b) aus Kunststoff oder aus Metall ausgebildet und mit der Elastomerringscheibe (12) verschweißt oder verklebt sind.
Kalibrierwerkzeug (1) für ein Verfahren nach Anspruch 1, erste Alternative, dadurch gekennzeichnet, - dass eine Spannhülse (13) mit zumindest zwei radial verstellbaren und sich fingerartig in Axialrichtung (14) erstreckende Spannbacken (6) vorgesehen ist, - dass die Spannbacken (6) an ihrem freien Ende jeweils eine konisch nach außen aufweitende Außenfläche (15) aufweisen, - dass ein auf der Spannhülse (13) axial verstellbarer Fixierring (16) mit einer konischen Innenmantelfläche (17) vorgesehen ist, - dass sich die fingerartigen Spannbacken (6) radial nach innen verstellen, sofern der Fixierring (16) mit seiner konischen Innenmantelfläche (17) auf sich die konisch nach außen weitenden Außenflächen (15) der fingerartigen Spannbacken (6) aufgeschoben wird.