DE10333916B4

DE10333916B4 - Verfahren zum Schleifen der Nocken von Brennkraftmaschinen-Nockenwellen

Info

Publication number: DE10333916B4
Application number: DE2003133916
Authority: DE
Inventors: Stefan Dipl.-Ing. Dengler
Original assignee: Audi AG
Current assignee: Audi AG
Priority date: 2003-07-25
Filing date: 2003-07-25
Publication date: 2010-10-14
Anticipated expiration: 2023-07-26
Also published as: DE10333916A1

Abstract

Verfahren zum Schleifen der Nocken von Brennkraftmaschinen-Nockenwellen, wobei unterschiedliche Hubkonturen unmittelbar aneinander grenzen und einen gemeinsamen Grundkreis aufweisen, um ein Umschalten eines Ventilbetätigungsmechanismus von der einen auf die andere Hubkontur zu ermöglichen, dadurch gekennzeichnet,
– dass der Grundkreis (14) über die gesamte Nockenbreite in einem Arbeitsgang fertig geschliffen wird,
– dass das Schleifen von zumindest einer der beiden unterschiedlichen Hubkonturen (9, 10) in einem separaten Arbeitsgang erfolgt und
– dass während eines Bearbeitungsschrittes, bei dem die Schleifscheibe (18) nicht über die gesamte Breite des Nockens (2) reicht, der Grundkreis (14) von der Schleifscheibe (18) mit einem Übermaß ü überstrichen wird,
– wobei für sämtliche Bearbeitungsschritte eine einzige Schleifscheibe (18) zum Einsatz kommt

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Schleifen der Nocken von Brennkraftmaschinen-Nockenwellen, wobei unterschiedliche Hubkonturen unmittelbar aneinander grenzen und einen gemeinsamen Grundkreis aufweisen, um ein Umschalten eines Ventilbetätigensmechanismus von der einen auf die andere Hubkontur zu ermöglichen.
Ein derartiger Aufbau von Brennkraftmaschinen-Nockenwellen mit entsprechenden Umschaltmechanismen ist in der Patentanmeldung DE 199 08 286 A1 und im US-Patent US 5,129,407 A gezeigt. Eingehende Hinweise darauf, wie die Herstellung, das heißt das Schleifen der Nocken im Einzelnen vonstatten geht, finden sich in diesen Dokumenten nicht.
Bei neuerlichen Ventiltrieben von Brennkraftmaschinen ist es durch entsprechende Ausgestaltung der Nockenwellen möglich, während des Betriebes der Brennkraftmaschine auf unterschiedliche Nocken-Hubkonturen umzuschalten, um dadurch eine geänderte Abstimmung zwischen Ventil- und Kolbenbewegung zu bewerkstelligen. Mittels eines geeigneten Nockenumschalters ist die Möglichkeit gegeben, beispielsweise bei einem Rollenschlepphebelventiltrieb wahlweise zwischen zwei Hubkonturen zu schalten. Dies wird durch axial verschiebbare Nockenstücke ermöglicht, die auf einer verzahnten Grundwelle aufgesteckt sind. Der jeweils gewünschte Nocken wird über dem Schlepphebel positioniert und steht dann mit dem Ventiltrieb im Eingriff. Umgeschaltet wird in einer Grundkreisphase, in der die Nockenkonturen identisch sind.
Beim Umschalten erfährt das Nockenstück eine axiale Verschiebung, die auf den Rollenschlepphebel in Form einer seitlichen Gleitbewegung übertragen wird. Erforderlich ist hierfür eine minimale Breite der Rolle am Nocken-Rollenkontakt, so dass bei der Gleitbewegung ein Kippen des Rollenschlepphebels verhindert wird. Wichtig ist auch die Forderung nach einem für beide Hubkonturen gleichen Grundkreis, so dass beim Umschalten keine Stufe vorhanden ist, die den Rollenschlepphebel zum Umfallen oder zum Verhaken bringt.
Von daher liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, das gattungsgemäße Verfahren zum Schleifen der Nocken einer Brennkraftmaschinen-Nockenwelle, bei der unterschiedliche Hubkonturen unmittelbar aneinander grenzen, in der Weise zur optimieren, dass der Grundkreis-Übergang zwischen den beiden Hubkonturen absolut stufenfrei verläuft.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Verfahrensweise gemäß Patentanspruch 1 gelöst. Die Unteransprüche stellen vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Verfahrungsweise unter Schutz.
Demnach ist es also die Grundidee der Erfindung, die konturgleichen Grundkreisabschnitte der unterschiedlichen Hubkonturen gemeinsam und in einem Arbeitsgang fertig zu schleifen, während die Bearbeitung von zumindest einer der beiden unterschiedlichen Hubkonturen in einem separaten Arbeitsgang erfolgt. Je nachdem welche Verfahrensvariante dabei zur Anwendung gelangt, wird in den Bearbeitungsprozess in geeigneter Weise eine überlagerte radiale Zustellbewegung(-Übermaß-)der Schleifscheibe einbezogen.
Das Schleifen von Nocken einer Nockenwelle in mehreren Arbeitsgängen ist im Stand der Technik an sich bekannt. Die DE 41 37 924 C2 beschreibt eine derartige Vorgehensweise, wobei zwar keine unterschiedlichen Nockenwellen-Hubkonturen vorliegen, aber zunächst eine im Durchmesser große Vorschleifscheibe und im Anschluss daran zum Schleifen von konkaven Krümmungen mit kleinen Krümmungsradien eine entsprechend dimensionierte weitere Schleifscheibe zum Einsatz kommt. Auch die gemäß DE 44 26 452 C1 zu schleifenden Nocken weisen keine unterschiedlichen Hubkonturen auf. Dort kommen sogar drei Schleifscheiben zum Einsatz. Eine erste und eine zweite Schleifscheibe dienen dem Vor- und Fertigschleifen des Nockens, während mit einer dritten Schleifscheibe konkave Flanken bei stillstehendem Nocken im Längsvorschub vorgeschliffen werden.
Verfahrensweisen zum Schleifen der Nocken einer Breinkraftmaschinen-Nockenwelle, wobei unterschiedliche Hubkonturen unmittelbar aneinander grenzen, sind im Stand der Technik an sich bekannt, wie beispielsweise die japanischen Patentanmeldungen 013 00 005 A , 592 32 760 A und 040 13 560 A zeigen. Dabei kommen teilweise mehrere Schleifscheiben gleichzeitig zum Einsatz und es ist auch vorgesehen, dass eine breite Schleifscheibe gleichzeitig mehrere Nocken bearbeitet, wie insbesondere das letztgenannte Dokument zeigt.
Letztlich ist auch noch auf die DE 36 26 683 A1 hinzuweisen, die ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Fertigstellen von Nockenscheiben beschreibt, wobei mehrere Nocken, insbesondere sämtliche für eine Welle bestimmte Nocken mit deckungsgleichen Öffnungen zusammen gespannt in mindestens zwei in Achsrichtung durchgeführten Bearbeitungsgängen mittels mindestens einer senkrecht mit Abstand zur Öffnungs achse angeordneten Konturschleifscheibe über den gesamten Umfang geschliffen werden.
Die in der vorliegenden Erfindung behandelte Problematik ist im vorstehend erwähnten Stand der Technik weder angesprochen noch sind irgendwelche Lösungsansätze daraus entnehmbar.
Die Erfindung ist nachstehend anhand von Ausführungsbeispielen im Einzelnen erläutert. In der zugehörigen Zeichnung zeigt:
1 eine perspektivische, abschnittsweise Ansicht einer Nockenwelle mit Rollenschlepphebel und Nockenumschalter,
2 eine Seitenansicht eines Nockens mit unterschiedlichen Hubkonturen im Schnitt gemäß Pfeile II in 1,
3a–c eine schematisierte Darstellung der Bearbeitungsabläufe gemäß einer ersten Variante der Erfindung,
4a–c die Bearbeitungsabläufe gemäß einer weiteren Verfahrensvariante und
5a–c die Bearbeitungsabläufe gemäß einer letzten Verfahrensvariante der Erfindung.
1 zeigt perspektivisch einen Abschnitt einer Nockenwelle 1 für eine Brennkraftmaschine, auf der zwei Nocken 2 angeordnet sind. Jedem der beiden Nocken 2 ist ein Rollenschlepphebelventiltrieb 3 sowie ein Nockenumschalter 4 zugeordnet. Der Rollenschlepphebelventiltrieb 3 besteht aus einem Rollenschlepphebel 5 mit zugeordneter, den Nocken 2 kontaktierender Rolle 6 und einem Ventilspiel-Ausgleichselement 8 für ein Ventil 7.
Über den fest mit dem Nocken 2 verbundenen Nockenumschalter 4 ist die Möglichkeit gegeben, bezüglich des Rollenschlepphebelventiltriebes 3 wahlweise zwischen zwei Hubkonturen zu schalten. Hierzu weist der Nocken 2, wie insbesondere auch die Schnittdarstellung gemäß 2 zeigt, eine erste Hubkontur 9 und eine zweite Hubkontur 10 auf. Das Umschalten erfolgt durch axiales Verschieben des Nockens auf der Nockenwelle 1, wobei zur Aufrechterhaltung der Drehmitnahmeverbindung sowohl die Nockenwelle 1 als auch der Nocken 2 mit entsprechenden Außen- bzw. Innenverzahnungen 12,13 ausgestattet sind. Die jeweilige Hubkontur 9, 10 wird über der Rolle 6 des Rollenschlepphebels 5 positioniert und so mit dem Ventiltrieb in Eingriff gebracht. Die axiale Verschiebung, also das Umschalten, erfolgt zu einem Zeitpunkt, wenn die Rolle 6 einen Grundkreis 14 des Nockens 2 kontaktiert.
Die Umschaltung erfolgt, indem ein elektrisch angesteuerter, in seiner Achse ortsfester Pin 15 in eine zusammen mit dem Nocken 2 rotierende Umschaltnut 16 eingreift. Durch die Steigung der Umschaltnut 16 wird der Nocken 2 axial verschoben und in die gewünschte Position gebracht. Die Eingriffsbewegung des Pins 15 wird über geeignete elektrische Aktuatoren 17 bewerkstelligt. Durch eine kurzzeitige Bestromung des Aktuators 17 wird der Pin 15 ausgefahren und in Eingriff mit der Umschaltnut 16 gebracht Deren Kontur bewirkt ein gezieltes Verfahren und beinhaltet einen Einfahrbereich, einen Bereich positiver und negativer Beschleunigung und einen Ausfahrbereich. Der Ausfahrbereich schiebt gleichzeitig durch das Auslaufen der Umschaltnut 16 den Pin 15 zurück in den elektrischen Aktuators 17. Über eine geeignete, hier nicht dargestellte Arretierung muss der Nocken 2 dann in dieser Position auf der Nockenwelle 1 gehalten werden.
Beim axialen Verschieben des Nockens 2 und der damit verbundenen Gleitbewegung des Grundkreises 14 auf der Rolle 6 ist darauf zu achten, dass letztere eine gewisse Mindestbreite aufweist, so dass bei der Gleitbewegung ein Kippen der Rolle 6 vermieden wird. Des Weiteren ist von besonderer Bedeutung, dass im Übergangsbereich von der ersten Hubkontur 9 zur zweiten Hubkontur 10 der Grundkreis 14 keine Stufe aufweist, die die Rolle 6 zum Kippen oder zum Verhaken bringen könnte. Diese Stufenfreiheit zu erreichen ist Gegenstand der vorliegenden Erfindung. Sie lässt sich durch die nachstehend aufgezeigten Bearbeitungsverfahren des Nockens 2 zur Herstellung von erster und zweiter Hubkontur 9, 10 bzw. des Grundkreises 14 verwirklichen.
Dabei kommt, wie die 3a und 3b zeigen, eine Schleifscheibe 18 zum Einsatz, die bei rotierender (Pfeil 19) Nockenwelle 1 über eine radiale (Doppelpfeil 20) Zustellbewegung die Hubkonturen bzw. den Grundkreis 14 herstellt. In einem ersten Arbeitsschritt ist die Schleifscheibe 18 zunächst der ersten Hubkontur 9 zugeordnet, um diese auf das gewünschte Sollmaß s zu bringen. Die Zustellbewegung beim Überstreichen des Grundkreises 14 wird dabei so gewählt, dass das Grundkreis-Sollmaß noch nicht erreicht wird, sondern vielmehr lediglich ein Übermaß ü.
In einem weiteren Bearbeitungsschritt wird die Schleifscheibe 18 soweit seitlich versetzt, dass sie über die gesamte Nockenbreite reicht, also den gesamten Grundkreis 14 beaufschlagt. In dem sich nun anschließenden Bearbeitungsschritt wird die radiale Zustellbewegung (Doppelpfeil 20) so gewählt, dass einerseits bezüglich des Grundkreises 14 ein weiterer Materialabtrag erfolgt, bis das Sollmaß s erreicht ist, und gleichzeitig wird auch die zweite Hubkontur 10 fertig bearbeitet und auf das gewünschte Sollmaß s gebracht.
Eine weitere Variante der erfindungsgemäßen Verfahrensweise ist in den 4a und 4b dargestellt. Dabei wird die Schleifscheibe 18 so positioniert, dass sie über die gesamte Nockenbreite reicht, also den gesamten Grundkreis 14 beaufschlagen kann. In einem ersten Bearbeitungsschritt wird die radiale Zustellbewegung (Doppelpfeil 20) so gewählt, dass sowohl die zweite Hubkontur 10 als auch der Grundkreis 14 auf das jeweilige Sollmaß s gebracht werden. Zur Vorbereitung des weiteren Bearbeitungsschrittes wird die Schleifscheibe 18 soweit seitlich verschoben, dass sie den Nocken 2 nur noch im Bereich der ersten Hubkontur 9 beaufschlagen kann. Hier nun wird die radiale Zustellbewegung so gewählt, dass die Schleifscheibe 18 die erste Hubkontur 9 auf Sollmaß s bringt, während sie beim Überstreichen des Grundkreises (14) einen gewissen Abstand (Übermaß ü) zu diesem hält, um hier einen weiteren Materialabtrag zu vermeiden.
Eine letzte Verfahrensvariante ist schließlich in den 5a bis 5c gezeigt. Dabei überstreicht die Schleifscheibe 18 in einem ersten Bearbeitungsschritt zunächst nur die erste Hubkontur 9, um diese auf Sollmaß s zu bringen. Die radiale Zustellbewegung (Doppelpfeil 20) im Bereich des Grundkreises 14 ist dabei dargestellt, dass dieser am Ende dieses Bearbeitungsschrittes noch ein gewisses Übermaß ü aufweist. In einem sich anschließenden Bearbeitungsschritt (5b) wird von der Schleifscheibe 18 die zweite Hubkontur 10 beaufschlagt, um diese auf Sollmaß s zu bringen. Auch hier ist die radiale Zustellbewegung (Doppelpfeil 20) so gewählt, dass beim Überstreichen des Grundkreises 14 dieser letztlich ein Übermaß ü aufweist. In einem letzten Bearbeitungsschritt (5c) ist die Schleifscheibe 18 so positioniert, dass sie über die gesamte Nockenbreite reicht und damit den gesamten Grundkreis 14 beaufschlagen kann. Die radiale Zustellbewegung (Doppelpfeil 20) ist schließlich dergestalt, dass der Grundkreis 14 auf Sollmaß s gebracht wird, während die Schleifscheibe 18 die beiden Hubkonturen 9, 10 mit einem Übermaß ü überstreicht, um nicht mit ihnen in Kontakt zu kommen, so dass dort ein weiterer Materialabtrag vermieden wird. Dies kommt insbesondere dann zur Anwendung, falls die beiden Hubkonturen nicht ineinander liegen, d. h. Bereiche der kleineren Kontur außerhalb der größeren Kontur zu liegen kommen.
Gemäß der gezeigten Verfahrenvarianten wird der gewünschte stufenfreie Übergang zwischen den beiden Hubkonturen 9, 10 im Grundkreis 14 erreicht. Zwar ist dabei denkbar, dass beim Übergang des gemeinsamen Grundkreises 14 zur ersten und/oder zweiten Hubkontur 9, 10 geringfügige Unstetigkeiten auftreten, diese können jedoch, wenn sie ein gewisses Maß nicht überschreiten, durch die Elastizitäten des Hydroelementes des Ventilspielausgleiches ausgeglichen werden. Ein vorzeitiges Öffnen des Ventils ist daher nicht zu befürchten.

Claims

Verfahren zum Schleifen der Nocken von Brennkraftmaschinen-Nockenwellen, wobei unterschiedliche Hubkonturen unmittelbar aneinander grenzen und einen gemeinsamen Grundkreis aufweisen, um ein Umschalten eines Ventilbetätigungsmechanismus von der einen auf die andere Hubkontur zu ermöglichen, dadurch gekennzeichnet, – dass der Grundkreis (14) über die gesamte Nockenbreite in einem Arbeitsgang fertig geschliffen wird, – dass das Schleifen von zumindest einer der beiden unterschiedlichen Hubkonturen (9, 10) in einem separaten Arbeitsgang erfolgt und – dass während eines Bearbeitungsschrittes, bei dem die Schleifscheibe (18) nicht über die gesamte Breite des Nockens (2) reicht, der Grundkreis (14) von der Schleifscheibe (18) mit einem Übermaß ü überstrichen wird, – wobei für sämtliche Bearbeitungsschritte eine einzige Schleifscheibe (18) zum Einsatz kommt
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Schleifscheibe (18) zunächst die erste Hubkontur (9) auf Sollmaß s bearbeitet und dabei den Grundkreis (14) mit einem Übermaß ü überstreicht, – dass nach seitlichem Versetzen die Schleifscheibe (18) über die gesamte Nockenbreite reicht und – dass in einem weiteren Bearbeitungsschritt sowohl der Grundkreis (14) als auch die zweite Hubkontur (10) auf Sollmaß s gebracht werden.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Schleifscheibe (18) so positioniert wird, dass sie über die gesamte Nockenbreite reicht, dass in einem ersten Bearbeitungsschritt sowohl die zweite Kontur (10) als auch der Grundkreis (14) auf das jeweilige Sollmaß s gebracht werden, – dass durch seitliches Versetzen die Schleifscheibe (18) der ersten Hubkontur (9) zugeordnet wird und – dass die Schleifscheibe (18) die erste Hubkontur (9) auf Sollmaß s bearbeitet und dabei den Grundkreis (14) mit einem Übermaß ü überstreicht, um einen weiteren Materialabtrag zu vermeiden.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Schleifscheibe (18) in einem ersten Bearbeitungsschritt lediglich der ersten Hubkontur (9) zugeordnet wird, diese auf Sollmaß s bearbeitet und dabei den Grundkreis (14) mit einem Übermaß ü überstreicht, – dass durch seitliches Versetzen die Schleifscheibe (18) lediglich der zweiten Hubkontur (10) zugeordnet wird, diese auf Sollmaß s bearbeitet und dabei den Grundkreis (14) mit einem Übermaß ü überstreicht, – dass durch seitliches Versetzen die Schleifscheibe (18) in Überdeckung mit der gesamten Nockenbreite gebracht wird und – dass danach die Schleifscheibe (18) den Grundkreis (14) auf Sollmaß s bearbeitet und dabei beide Hubkonturen (9, 10) mit einem Übermaß ü überstreicht.