DE69925426T2

DE69925426T2 - Vorrichtung zum Ausrichtung von Nockenwelle und Vehrfahren zu dessem Betrieb

Info

Publication number: DE69925426T2
Application number: DE69925426T
Authority: DE
Inventors: Gary S. Antcliff; Damian P. Smith; Hans-Jurg High Wycombe Nydegger
Original assignee: Iveco UK Ltd; Cummins Engine Co Ltd; CNH UK Ltd; Cummins Engine Co Inc
Current assignee: Iveco UK Ltd; Cummins Ltd; CNH UK Ltd; Cummins Inc
Priority date: 1998-09-04
Filing date: 1999-08-25
Publication date: 2005-11-17
Anticipated expiration: 2019-08-26
Also published as: GB2341220A; DE69925426D1; EP0985804A3; US6305242B1; EP0985804B1; GB9819200D0; EP0985804A2

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf die Ausrichtung einer Nockenwelle mit anderen Bauteilen während der Montage.
Die Phasenlage einer Nockenwelle bezüglich einer Motor-Kurbelwelle ist von kritischer Bedeutung für den Motorbetrieb, und es ist wichtig, in der Lage zu sein, die Nockenwelle während ihrer Montage in einer vorgegebenen Ausrichtung bezüglich anderer Bauteile, wie z. B. dem Zahnrad, das einen Teil der Antriebskette der Nockenwelle bildet, zu positionieren.
In der DE-A-3 926 430 wird vorgeschlagen, sich verjüngende Schlitze in den axialen Enden von zwei parallelen Nockenwellen auf einer Seite des Motors vorzusehen. Ein Werkzeug wird in die Schlitze eingesetzt, um die Nockenwellen korrekt bezüglich einander auszurichten. Obwohl dieses Verfahren zur Ausrichtung der Nockenwellen für den beschriebenen Motor einwandfrei arbeiten kann, ist es zu erkennen, dass es nicht für einen Motor brauchbar ist, bei dem die Nockenwellen eine eindeutige Ausrichtung gegenüber einer Kurbelwelle haben müssen, wie z. B. bei Viertakt-Motoren. Es ist tatsächlich bei der DE-A-3 926 430 festzustellen, dass aufgrund des Schlitzes jede Nockenwelle zwei unterschiedliche Positionen einnehmen kann, wobei diese Position relativ zueinander um 180° gedreht sind. Das maschinelle Einarbeiten eines Schlitzes in eine Nockenwelle ist weiterhin ein aufwändiger und zeitraubender Produktionsschritt.
Die US-A-5 247 735 zeigt ein Einbauwerkzeug, das ebenfalls Nuten in einem axialen Ende der Nockenwelle in Kombination mit einem Ausrichtfinger zeigt, der mit einem Nockenwellen-Antriebszahnrad in Eingriff kommt, um die Welle richtig auszurichten. Wenn das Antriebszahnrad nicht mit der Nockenwelle vorher zusammengebaut wurde, sondern an Ort und Stelle auf dem Motor montiert werden muss, so muss das Installationswerkzeug entfernt werden, was den Zusammenbau des Motors schwierig macht.
Es ist daher ein Ziel der vorliegenden Erfindung, die Herstellung und Montage einer Nockenwelle in einem Motor zu erleichtern.
Gemäß einem ersten Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung wird eine Nockenwelle geschaffen, die an einem axialen Ende der Nockenwelle Einrichtungen zum Antrieb der Nockenwelle und Ausricht-Einrichtungen umfasst, die am gegenüberliegenden axialen Ende der Nockenwelle angeordnet sind, um die Nockenwelle zu lagern, und die dazu dienen, eine Ausrichtung der Nockenwelle bezüglich eines anderen Bauteils während des Zusammenbaus zu ermöglichen.
Die Nockenwelle ist dadurch gekennzeichnet, dass die Ausricht-Einrichtungen aus zwei Bohrungen mit dem gleichen Durchmesser, jedoch einer unterschiedlichen Tiefe bestehen.
Die Einrichtungen zum Antrieb der Nockenwelle können in zweckmäßiger Weise einen Bundring, der einstückig mit der Nockenwelle gebildet ist, und ein Zahnrad umfassen, das an dem Bundring befestigt ist und mit einem Zahnrad kämmt, das direkt auf ein Ende, vorzugsweise das Schwungrad-Ende der Kurbelwelle aufgesetzt ist.
Die Ausricht-Einrichtungen sind vorzugsweise diametral entgegengesetzt zueinander angeordnet. Wenn zwei Bohrungen des gleichen Durchmessers als Ausricht-Einrichtungen verwendet werden, können sie unter Verwendung des gleichen Werkzeuges gebohrt werden, wodurch die Herstellung der Nockenwelle vereinfacht wird, während immer noch eine Festlegung der Lage der Nockenwelle in einer eindeutigen Winkelposition mit Hilfe einer Lehre ermöglicht wird, die zwei Zinken mit ungleicher Länge aufweist.
Gemäß einem zweiten Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zum Zusammenbau eines Motors mit einer Nockenwelle gemäß Anspruch 1 geschaffen.
Das Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, dass es die folgenden Schritte umfasst:

– Befestigen der Nockenwelle in dem Motorblock;
– Positionieren der Nockenwelle mit einer vorgegebenen Ausrichtung in dem Motorblock;
– Einsetzen der Nockenwelle in den Motorblock;
– Positionieren der Nockenwelle in einer vorgegebenen Ausrichtung bezüglich des Motorblocks mit Hilfe einer Lehre, die mit den Ausricht-Einrichtungen in Eingriff kommt; wobei die Ausricht-Einrichtungen an dem nicht angetriebenen axialen Ende der Nockenwelle vorgesehen sind;
– unter Aufrechterhaltung der vorgegebenen Ausrichtung der Nockenwelle mit Hilfe der Lehre, Anordnen eines Antriebszahnrades auf der Nockenwelle derart, dass dieses mit einem Zahnrad auf der Kurbelwelle kämmt, während außerdem die Kurbelwelle in ihrer vorgegebenen Position gehalten wird; und
– Befestigen des Antriebszahnrades an einem Bundring auf der Nockenwelle für eine Drehung mit dieser.

Die Erfindung wird nunmehr ausführlicher in Form eines Beispiels unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben, in denen:
1 eine auseinandergezogene Ansicht einer Nockenwelle, eines Nockenwellen-Antriebszahnrades und einer Druckplatte zum Festhalten der Nockenwelle in einem Motorblock ist,
2 eine schematische perspektivische Ansicht der Nockenwelle nach 1 bei Befestigung in einem Motor ist, wobei der Block aus Gründen der Klarheit fortgelassen ist, und
3 eine Schnittansicht durch ein Ende der Nockenwelle des in 2 gezeigten Motors ist, wobei das Kurbelwellen-Zahnrad und der Bundring ausführlicher gezeigt sind.
1 zeigt eine Nockenwelle 10, die Nocken 12 und Traglager 14 mit größerem Durchmesser als dem Durchmesser der Nasen der Nocken 12 aufweist. Die Nockenwelle ist so konstruiert, dass sie von einem Ende aus in einen Motorblock eingeschoben wird. Bei dem in 2 gezeigten Motor wird die Nockenwelle von dem hinteren Ende des Motors aus eingeschoben, doch ist dies nicht wichtig.
Das Traglager 14 an einem Ende der Nockenwelle hat zwei diametral gegenüberliegende Bohrungen 18 mit dem gleichen Durchmesser, jedoch unterschiedlichen Tiefen. Die Bohrungen 18 können zur Halterung der Nockenwelle verwendet werden und wirken als Ausricht-Einrichtungen, wie dies weiter unten ausführlicher beschrieben wird.
Ein Bundring 20 ist an dem anderen Ende der Nockenwelle 10 ausgebildet, und ein Zahnrad 22 wird an dem Bundring 20 mit Hilfe von Schrauben 24 befestigt. Die relative Ausrichtung der Nockenwelle 10 und des an dem Bundring befestigten Zahnrades 22 ist wichtig, weil das letztere die Nockenwelle 10 antreibt und direkt, wie dies weiter unten beschrieben wird, mit einem Zahnrad auf der Kurbelwelle kämmt, wobei ein Passstift 26 zur Sicherstellung der Ausrichtung des Zahnrades 22 und des Bundringes 20 verwendet wird, obwohl dies nicht wesentlich ist. Im Prinzip würde, wenn die Kurbelwelle und die Nockenwelle während des Zusammenbaus in der Fabrik exakt mit einer vorgegebenen Ausrichtung mit Hilfe einer sehr präzisen Lehre ausgerichtet werden würden, ein Passstift nicht erforderlich sein, weil bei der Ausrichtung einer einzigen Markierung, die auf einem Kurbelwellen-Zahnrad 42 vorgesehen ist, mit zwei Markierungen, die auf dem Nockenzahnrad 22 vorgesehen sind, die Bohrungen in dem Zahnrad 22 und dem Bundring 20 perfekt zusammenpassen würden. Die Verwendung eines Passstiftes unterstützt jedoch das Zerlegen und erneute Zusammenbauen des Motors in einer Werkstatt, die nicht mit einer genauen Ausrichtlehre ausgerüstet ist.
Die Nockenwelle 10 wird in dem Motorblock mit Hilfe einer Druckplatte 28 festgehalten, die an dem Motorblock mit Hilfe von Schrauben 30 befestigt wird, die selbst dann festgezogen werden können, nachdem das Zahnrad 22 auf dem Bundring 20 befestigt wurde, indem ein Steckschlüssel durch die Ausschnitte 32 hindurch eingesetzt wird, die in dem Zahnrad 22 ausgebildet sind.
Wie dies aus 2 zu erkennen ist, kämmt, wenn die Nockenwelle 10 in den Motorblock eingesetzt ist, das Zahnrad 22 mit dem Zahnrad 42, das direkt auf der Kurbelwelle 44 befestigt ist. Das Zahnrad 22 kämmt weiterhin mit anderen Zahnrädern, die Hilfsausrüstungen des Motors antreiben, wie z. B. eine Treibstoffpumpe.
Das Kurbelwellen-Zahnrad 42 ist, wie dies besser in dem Schnitt nach 3 gezeigt ist, hinter einem Bundring 46 angeordnet, der auf der Kurbelwelle am hinteren Ende des Motors befestigt ist, um ein Schwungrad aufzunehmen. Das Schwungrad dämpft Schwingungen der Kurbelwelle, und die Positionierung des Nocken-Antriebszahnrades 22 auf der hinteren Seite des Motors in dieser Weise dient zur Verringerung von Geräuschen und Abnutzung. Weil jedoch der Bundring 46 einen größeren Durchmesser als das Nocken-Antriebszahnrad 42 aufweist, kann das Zahnrad 22 lediglich auf dem Nockenwellen-Bundring 20 befestigt werden, wenn sich die Nockenwelle an ihrem Platz befindet.
Der Bundring 46 muss einen relativ großen Durchmesser haben, um in der Lage zu sein, die Schrauben zur Befestigung der Schwungscheibe an dem Bundring aufzunehmen. Der Durchmesser des Nockenwellen-Zahnrades 42 könnte vergrößert werden, so dass er gleich oder sogar größer als der Durchmesser des Bundringes 46 werden würde. Die Mittelpunkte der Kurbelwelle 44 und der Nockenwelle 10 müssten dann jedoch entweder weiter voneinander entfernt werden, was ein vollständig anderes Motorblock-Gussteil erfordern würde, oder es würden ein oder mehrere Leerlauf-Zahnräder zwischen dem Kurbelwellen-Zahnrad 42 und dem Nockenwellen-Zahnrad 22 erforderlich sein, was zur Kompliziertheit des Motors beitragen würde.
Um die Zeitsteuerung korrekt einzustellen, weist, wie dies bereits erwähnt wurde, das Kurbelwellen-Zahnrad 42 eine einzelne Markierung auf der radialen Seite eines seiner Zähne auf. Wenn das Kurbelwellen-Zahnrad 42 und der Bundring 46 aneinander anliegen würden, so würde es unmöglich sein, diese Markierung zu sehen. Aus diesem Grund wird, wie dies in 3 gezeigt ist, ein Abstand zwischen dem Zahnrad 42 und dem Bundring 46 belassen. Weiterhin ist der Bundring 46 mit einer abgeschrägten Kante auf seiner auf das Zahnrad 42 gerichteten Seite geformt, um die Sichtbarkeit weiter zu verbessern.
Die Bohrungen 18 in der Nockenwelle 10 ermöglichen es, dass sie aufgenommen und in richtiger Weise mit Hilfe einer Lehre ausgerichtet wird, die zwei Zinken aufweist, die in den Bohrungen in Eingriff kommen. Wenn die Zinken eine unterschiedliche Tiefe haben und sie vollständig in die Bohrungen eintreten, so ist sichergestellt, dass die Nockenwelle in der Lehre lediglich in einer eindeutigen Ausrichtung gehalten werden kann.
Schließlich wird eine Bohrung dazu verwendet, an den Motorblock irgendwelches Öl zurückzuführen, das aus dem hinteren Ende der Büchsen-Ölzuführung herausgedrückt wurde, was die Büchsen-Lebensdauer verbessert.
Das Kurbelwellen-Zahnrad 42 wird an der Kurbelwelle 44 in der folgenden Weise befestigt. Das Zahnrad 42 wird zunächst erhitzt, auf die Kurbelwelle 44 aufgepresst und dann abgekühlt. Wie dies bereits erwähnt wurde, gibt es eine einzige Markierung auf dem Zahnrad 42, jedoch keine auf der Kurbelwelle. Um eine korrekte Ausrichtung des Zahnrades 42 auf der Kurbelwelle 44 zu erzielen, wird die Kurbelwelle in einer Lehre mit einer vorgegebenen Ausrichtung angeordnet, und dann wird das Zahnrad erneut zur Kurbelwelle mit einer vorgegebenen Ausrichtung unter Verwendung eines geeigneten Werkzeuges gebracht. Das Kurbelwellen-Zahnrad 42 und der Bundring 46 werden erhitzt und getrennt auf die Kurbelwelle 44 aufgepresst, weil die zum Aufdrücken des Bundringes 46 erforderliche Kraft höher als die ist, die erforderlich ist, das Zahnrad 42 aufzudrücken, und die größere Kraft könnte das Zahnrad 42 beschädigen.
Die Druckplatte 28 könnte im Prinzip auf dem Motorblock befestigt werden, bevor das Zahnrad 22 an der Nockenwelle 10 befestigt wird. Dies würde die Notwendigkeit für die Aussparungen 32 in dem Zahnrad 22 vermeiden. Um jedoch in der Lage zu sein, die Nockenwelle 10 während des Zusammenbaus einfacher drehen und axial verschieben zu können, werden die Schrauben 30 erst dann befestigt, nachdem das Zahnrad 22 an der Nockenwelle 10 angebracht wurde.
Die Folge, in der die Elemente in dem Motorblock befestigt werden, ist daher wie folgt. Nachdem das Kurbelwellen-Zahnrad 42 und der Bundring 46 auf die Kurbelwelle 44 aufgepasst wurden, wird die Kurbelwelle 44 in dem Motorblock befestigt. Die Nockenwelle 10 wird in den Motorblock von dem rückseitigen Ende des Motors aus eingeschoben, das heißt von der Seite des Schwungrades aus. Unter Verwendung der Bohrungen 18 mit unterschiedlichen Tiefen wird die Nockenwelle mit einer vorgegebenen Ausrichtung in dem Motorblock positioniert. Das Zahnrad 22 wird dann an der Kurbelwelle 10 angebracht, wobei die Linie, die durch die Mittelpunkte der Bohrungen 18 verläuft, in einer vorgegebenen Richtung zeigt, beispielsweise nach rechts. Bei einer derartigen Ausrichtung ist es möglich, die Schrauben 24 zur Befestigung des Zahnrades 22 einzusetzen, weil die Bohrungen in dem Zahnrad 22 und dem Bundring 20 übereinander liegen. Während das Nockenwellen-Zahnrad an seinen Platz geschoben wird, wird sichergestellt, dass die einzelne Ausricht-Markierung auf dem Kurbelwellen-Zahnrad 42 zwischen den zwei Markierungen auf dem Nockenwellen-Zahnrad 22 liegt, um die korrekte Ventilsteuerung zu erzielen.

Claims

Nockenwelle mit Einrichtungen (22) an einem axialen Ende der Nockenwelle (10) zum Antrieb der Nockenwelle und mit Ausricht-Einrichtungen (18), die an dem entgegengesetzten axialen Ende der Nockenwelle (10) angeordnet sind, um die Nockenwelle zu lagern, und die dazu dienen, es zu ermöglichen, dass die Nockenwelle (10) bezüglich eines anderen Bauteils (44) während des Zusammenbaus ausgerichtet wird, und dadurch gekennzeichnet, dass die Ausricht-Einrichtungen aus zwei Bohrungen (18) mit dem gleichen Durchmesser, jedoch unterschiedlicher Tiefe bestehen.
Nockenwelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die zwei Bohrungen (18) diametral entgegengesetzt zueinander angeordnet sind.
Motor mit einer Nockenwelle nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Nockenwelle (10) mit Hilfe eines Zahnrades (22) angetrieben wird, das auf dem schwungradseitigen Ende des Motors angeordnet ist.
Motor nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass ein Zahnrad (42) auf der Kurbelwelle (44) einen kleineren Durchmesser als ein Bundring (46) aufweist, der an dem Ende der Kurbelwelle (44) zur Aufnahme des Motor-Schwungrades vorgesehen ist.
Motor nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Zahnrad (22), das an dem schwungradseitigen Ende des Motors angeordnet ist, direkt mit dem Zahnrad (42) kämmt, das auf der Kurbelwelle (44) hinter dem Schwungrad-Befestigungs-Bundring (46) befestigt ist.
Motor nach den Ansprüchen 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Schwungrad-Befestigungs-Bundring (46) auf der Kurbelwelle (44) in Abstand von dem Kurbelwellen-Antriebszahnrad (42) auf der Kurbelwelle (44) angeordnet ist, um eine Betrachtung von Zeitsteuer-Markierungen auf den miteinander kämmenden Zahnrädern (42, 22) auf der Kurbelwelle (44) und der Nockenwelle (10) bei sich an seinem Platz befindlichen Kurbelwellen-Bundring (46) zu ermöglichen.
Motor nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Schwungrad-Befestigungs-Bundring (46) auf der Kurbelwelle (44) auf seiner auf das Kurbelwellen-Zahnrad (42) gerichteten Seite abgeschrägt ist.
Verfahren zum Zusammenbau eines Motors mit einer Nockenwelle (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren die folgenden Schritte umfasst: – Befestigen der Kurbelwelle (44) in dem Motorblock; – Positionieren der Kurbelwelle (44) mit einer vorgegebenen Ausrichtung in dem Motorblock; – Einsetzen der Kurbelwelle (10) in den Motorblock; – Positionieren der Nockenwelle (10) in einer vorgegebenen Ausrichtung bezüglich des Motorblocks mit Hilfe einer Lehre, die mit den Ausricht-Einrichtungen (18) in Eingriff kommt; wobei die Ausricht-Einrichtungen (18) auf dem nicht angetriebenen axialen Ende der Nockenwelle (10) vorgesehen sind; – unter Aufrechterhaltung der vorgegebenen Ausrichtung der Nockenwelle (10) mit Hilfe der Lehre, Anordnen eines Antriebszahnrades (22) auf der Nockenwelle (10) derart, dass dieses mit einem Zahnrad (42) auf der Kurbelwelle (44) kämmt, während die Kurbelwelle (44) in ihrer vorgegebenen Position gehalten wird, und – Befestigen des Antriebszahnrades (22) an einem Bundring (20) auf der Nockenwelle (10) für eine Drehung mit diesem.