JP6430524B2 - 自動車モジュールの組立方法 - Google Patents

Description

本発明は、少なくとも１つの機能要素を有するシャフトとハウジング部とを備える自動車モジュールを組み立てる方法に関し、シャフトがハウジング部の軸受収容部において回転可能に配置され、少なくとも１つの機能要素がシャフトの肉厚部でハブ開口によって固定される。この方法は、ハブ開口が軸受収容部と整列されるようにハウジング部内に少なくとも１つの機能要素を配置するステップと、ハウジング部と前記シャフトとの間に温度差を生じさせるステップであって、その温度で、シャフトが、ハウジング部内に挿入されるとともに軸受収容部の少なくとも１つを通って肉厚部によって導かれる、ステップと、シャフトとハウジング部との間に温度の均等化をもたらすステップと、シャフトに対して少なくとも１つの機能要素を位置的に正確に配置するステップと、ハブ開口と関連する肉厚部との間に締まりばめを提供するステップとを備える。

特に、自動車モジュールは、カムシャフトがシリンダヘッドまたはシリンダヘッドカバーに直接取り付けられるようなカムシャフトの構成であってもよい。

対象となる種類の方法は、ＤＥ１０２０１００４５０４７Ａ１から知られており、この方法では、ハウジング部内への少なくとも１つの機能要素の配置、温度差の形成およびシャフトの挿入を行った後、先ず、少なくとも１つの機能要素がシャフトに対して位置的に正確な方法で配置される前にシャフトとハウジング部との間に温度の均等化がもたらされ、その後少なくとも１つの機能要素が、関連する肉厚部とのハブ開口のプレス圧縮によって、シャフトに対して位置的に正確に配置される。

自動車エンジンの組立中の取付費用を削減し、かつエンジンの取付に係る保管と物流のコストを削減するため、事前に製造されたモジュールが自動車製造業者に供給されることがある。このような自動車エンジンモジュールは、例えば、少なくとも１つのカムシャフトと、シリンダヘッドまたはシリンダヘッドカバーの形態のハウジングとから構成することができ、カムシャフトが対応するハウジング部内に既に回転可能に取り付けられている。

ＤＥ１０２０１００４５０４７Ａ１には、カムの形態の機能要素がシリンダヘッドカバー内のシャフトに接合され、それによって軸受収容部が一体に形成され得るような方法が記載されている。そのため、カムを有するカムシャフトを、壊すことなく、シリンダヘッドカバーあるいはシリンダヘッドから分離することができないユニットが形成される。

カムは、シリンダヘッドカバーの軸受収容部と整列するようにハブ開口に配置され、構成要素の相互の配列および軸受収容部に対する配列のみが考慮されるが、構成要素は、まだそれらの最終的な角度位置に保持されていない。その後、温度差が生成され、それによって、シャフトを通過開口および軸受収容部内に押し込むことが可能となる。その後、カムの形態の機能要素が、何れの場合も、直径拡張部の形態のシャフトの肉厚部に隣接して配置される。

代替的には、整列されていないまたはまだ機能的に満たされていない角度配置で、機能要素をはじめに予備固定するため、肉厚部の端部と機能要素とのわずかな重なり合いを与えることができる。

温度均等化後は、ハブ開口が、例えばローラバニシング加工された部分によって形成される直径拡張部上にもはやはめることはないため、ここで、機能要素が、関連する直径拡張部上に押し付けられる。その際に、構成要素が、予め設定された角度位置で互いに整列されるとともに、シャフト上のそれらの最終位置で軸方向に配列される。上述したように機能要素が始めに予備固定される場合、機能要素は、直径拡張部から予め取り外され、そのときに初めて、方向が合わされ、はめられる。

対象となる種類の既知の方法は、シャフトを押し込む間に、個々のカムまたは機能要素の方向をまだ正確に合わせる必要がない点で区別される。そのため、高い費用をかけて保持フレーム等に部品を固定する必要がない。反対に、個々の機能要素を順次シャフト上に押し付けることができるが、機能要素すべてを位置的に正確な角度位置に到達させるためには、押し付け動作毎に適当な方法でシャフトを回転させる必要がある。

取り付けられる機能要素をフレームに保持する方法は、ＥＰ１１５５７７０Ｂ１から知られている。

最初に記載した方法は、カムシャフトモジュールの製造に成功することが証明されている。しかしながら、自動車モジュールの耐荷重能力および耐摩耗性を改善する必要性が存在する。

本発明は、請求項１に記載の方法に関し、この方法によって上記目的が達成される。最初に記載した特徴を有する方法から開始して、本発明によれば、シャフトがハウジング部内に挿入される前に、転がり軸受がハウジング部の受入開口内に挿入、特に圧入されるように、軸受収容部の少なくとも１つが形成される。

本発明によれば、シャフトの取付の前に、追加の方法ステップが与えられ、このステップにおいて、少なくとも１つの軸受収容部に転がり軸受が挿入される。その結果、対応する軸受収容部の貫通部が、転がり軸受の内径により、すなわち通常は転がり軸受の内側リングにより形成される。

これは、既知の方法に対して複数の利点をもたらす。先ず、ハウジング部とそれに回転可能に取り付けられたシャフトとの間の摩擦を恒久的に少なくすることができる。

さらに、転がり軸受が設けられた軸受収容部は、正確な滑り取付を可能にするために、シャフトの複雑な表面加工を必要としないことから、簡易的でもある。

さらに、滑り取付用の所定のベアリングギャップをもたらす既知の方法において、軸受収容部は、シャフトの相応に関連する外径に対して正確に調整しなければならない。その代わりに、本発明の好ましい実施形態に従って、転がり軸受が使用される場合には、転がり軸受の内側リングとシャフトの関連する外側面との間にプレスフィットをもたらすことができる。この場合、シャフトがその部分で、内側リングに対して過剰サイズを有するものとなる。また、軸方向の力を軸受で吸収する必要がない場合も、プレスフィットの力もある程度変化することから、結局のところ、正確性に関して厳しい要件を課す必要はない。

比較的大きな傾斜モーメントでも転がり軸受によって吸収され得るという事実において、更なる利点を見い出すことができる。このような傾斜モーメントは、特に、シャフトの駆動部の領域で発生し得る。例えば、カムシャフトは、歯付きベルトまたは歯車によって通常は駆動され、その目的のために、対応する駆動歯車がカムシャフトの一端に設けられる。歯付きベルトまたは制御チェーンの引っ張りによってカムシャフトに張力が与えられるが、この張力は、傾斜モーメントとして軸受収容部によって吸収されなければならない。

このような背景技術に対して、シャフトは、転がり軸受によって一つの軸受収容部に、滑り取付によって別の軸受収容部に回転可能に配置される。転がり軸受を有する軸受点は、シャフトのシャフト駆動部が設けられた側に形成される。

そのような実施形態は、高い荷重がシャフトの一端で予測されるが、それ以外は滑り取付で十分である場合に、特に適している。

本発明の代替的な好ましい実施形態によれば、ハウジング部の軸受収容部のすべてに転がり軸受がそれぞれ設けられており、この結果として、特にスムーズな作動および信頼できる取付が恒久的に達成される。

原理上は、様々な種類の転がり軸受が適している。コンパクトな構造を有し、半径方向の荷重に対する高い支持力を特徴とするニードル軸受の使用が特に好ましい。

本発明に係る方法は、自動車モジュール、特に、ハウジング部内に配置される機能要素を有するシャフトを備える自動車エンジンモジュールの組立に一般に適している。これは、好適にはカムシャフトモジュールであるが、例えば、偏心シャフトモジュールを本発明に係る方法で取り付けることも可能である。

本発明の好適な実施形態によれば、ＤＥ１０２０１００４５０４７Ａ１より知られた方法から開始して、自動車モジュールを組み立てる方法が提供され、この方法においては、
ハブ開口が軸受収容部と整列されるように、ハウジング部内に少なくとも１つの機能要素を配置するステップと；
ハウジング部と前記シャフトとの間に温度差を生じさせるステップであって、その温度で、シャフトが、ハウジング部内に挿入されるとともに軸受収容部の少なくとも１つを通って肉厚部によって導かれる、ステップと；
少なくとも１つの機能要素がシャフトに対して位置的に正確な方法で配置される前に、シャフトとハウジング部との間に温度の均等化をもたらすステップと；
関連する肉厚部とのハブ開口のプレス圧縮によって、少なくとも１つの機能要素を、シャフトに対して位置的に正確に配置するステップと；を含み、これらステップが、上述した順序で実行される。

しかしながら、本発明の範囲内で、異なる方法手順も可能である。例えば、少なくとも１つの機能要素を、シャフトに対して位置的に正確に配置するステップは、基本的に、シャフトとハウジング部との間に温度の均等化がもたらされる前に行うこともでき、その後、温度の均等化のみによって、シャフトの関連する肉厚部とハブ開口との間の締まりばめが行われる。

本発明によれば、少なくとも１つの機能要素が存在するが、前述したように、通常は複数の機能要素がシャフトに取り付けられる。カムシャフトモジュールの場合、先ず、機能要素としてのすべてのカムが、上述した方法でシャフト上に装着された後、プレス圧縮によって位置的に正確な方法で配置される。よって、カムシャフトモジュールの場合、機能要素としての複数のカムは、シャフトのそれぞれの肉厚部に連結される。ハウジング部内にシャフトを挿入するために、シャフトと、カムの少なくとも幾つか、通常は、カムのすべてとの間に温度差が形成され、シャフトが、機能要素の関連するハブ開口を通ってその肉厚部により導かれる。

この温度差は、様々な方法で生じさせることができる。これは、好適には、シャフトが冷却されること、および／またはハウジング部および機能要素が加熱されることによって提供される。金属の膨張係数を考慮して、加熱中にハウジング部および機能要素を膨張させる一方、シャフトを冷却により収縮させる。ここでは、膨張がハブ開口の直径の拡大に繋がる。

温度差の形成と温度の均等化との間に、軸受収容部がシャフトのベアリング部分と重なり合うように、シャフトは、好ましくは、位置的に正確な方法でハウジング部内に配置される。具体的には、温度の均等化がもたらされるときに、軸受収容部の少なくとも１つにおいて、ベアリング部分が、プレスフィット、すなわち横方向のプレスフィットにより、転がり軸受の内側リングに連結される。その際に、シャフトは、ハウジング部内で軸方向に固定された形で既に受け入れられて保持されており、個々の機能要素は、好ましくは縦方向のプレスフィットがもたらされることにより、プレス圧縮される。

第一のステップにおける転がり軸受へのシャフトの固定と、その後のシャフトへの機能要素の固定とによって、特に簡素な方法手順を達成することができ、様々な種類の締まりばめ、すなわち、一方で、シャフトと転がり軸受のリングとの間の横方向のプレスフィットと、他方で、シャフトと機能要素との間の縦方向のプレスフィットとを、特に有利な方法で組み合わせることができる。第一の方法ステップにおいて軸受収容部で内側リングとシャフトとの間にもたらされる横方向のプレスフィットは、シャフトを軸方向にある程度固定するのに十分であり、かつ軸受収容部で生じる荷重に耐える。縦方向のプレスフィットにより、特に、ハブ開口の輪郭および／または肉厚部の輪郭との組合わせにより、高いトルク下でも回転固定される特に信頼性の高い結合を確保することができる。

上述した方法の範囲内において、温度の均等化を加速するために、シャフトおよびハウジング部を流体、例えば圧縮空気または水のような液体に曝して、より冷たい部分を加熱するか、またはより熱い部分を冷却することができる。

肉厚部は、シャフトの単純な変形プロセス、例えばローラバニシング加工された部分をもたらすことによって形成することができる。

本発明によれば、転がり軸受は、シャフトが挿入される前に関連する受入開口内に配置される。しかしながら、そこから開始した場合、個別の方法ステップの正確な順序については変化例の可能性が依然残っている。したがって、この転がり軸受は、事前に行われる第一の方法ステップにおいて、関連する受入開口に挿入させることができる。

さらに、転がり軸受は、機能要素がハウジング部内でハブ開口と整列されて配置されるときに、受入開口内に挿入されるものであってもよい。しかしながら、機能要素とは対照的に、転がり軸受はハウジング部に対して軸方向における最終的な位置に既に配置されている。

また、シャフトが導入される直前に転がり軸受を関連する受入開口に挿入することも基本的に可能である。例えば、ハウジング部が高温、シャフトが低温、転がり軸受が中間の温度であり、その大きさが適切な方法で相互に調整される場合、転がり軸受を、その外周において関連する受入開口に遊びをもって挿入することができ、同時に転がり軸受の内側リングを介して遊びをもってシャフトを導くこともできる。一方における外側リングと受入開口との間の締まりばめと、他方における内側リングとシャフトとの間の締まりばめは、それらパーツの温度が均等化したときのみに行われる。

以下、図面を参照して本発明を説明する。図面は単に例示的な実施形態を示しているにすぎない。
図１は、自動車モジュールを組み立てるための第一の方法ステップを示しており、このステップでは軸受収容部を形成するために、転がり軸受が受入開口に挿入される。 図２は、図１に示されるハウジング部へのシャフトの挿入を示している。 図３は、シャフトに機能要素を配置するための方法ステップを示している。 図４は、自動車モジュールの縦断面を示している。 図５は、下から見た図４に係る自動車モジュールを示している。

本願発明は、自動車モジュール、具体的には、少なくとも１つの機能要素を有するシャフト１と、ハウジング部２とを備える自動車エンジンモジュールを組み立てる方法に関する。特に、本モジュールはカムシャフト構成であり、シャフト１が、カム３の形態の機能要素とともに、ハウジング部２内に挿入される。ここで、ハウジング部２は、カムシャフトが取り付けられるシリンダヘッドまたはシリンダヘッドカバーの何れかである。

これに関連して、図１は、ハウジング部２に軸受収容部４を形成するための第一の方法ステップを示しており、各軸受収容部４が転がり軸受５を有する。転がり軸受５、図示の例示的な実施形態では、ニードル軸受は、ハウジング部２の関連する受入開口６内に挿入される。特に、転がり軸受５は受入開口６内に圧入されるものであってもよい。この圧入は、転がり軸受５の外側リング７が受入開口６に対してわずかに過剰な大きさを有することにより、軸方向に生じさせることができる。代替的には、ハウジング部２が少なくとも受入開口６の領域で加熱されて膨張することにより、かつ／または、転がり軸受５が冷却されて収縮することによって、収縮圧入を生じさせることもできる。

転がり軸受５が受入開口６内に挿入されると、内側リング８が、軸受収容部４に有効開口を形成する。

その後、カム３のハブ開口９が軸受収容部４の貫通部としての内側リング８に整列されるように、カム３がハウジング部２にそれ自体周知の方法で配置された後、シャフトが押し込まれる（図２）。

カム３が配置されることとなる軸方向の位置において、シャフト１は、それぞれローラバニシング加工された部分１０を備える。シャフト１は、一方ではハウジング１２との間、他方ではカム３との間に温度差が生じるため、シャフト１を軸受収容部４およびハブ開口９に押し通すことができる。具体的には、シャフト１は冷却により収縮されることができる。追加的または代替的には、軸受収容部４およびカム３、ひいてはハブ開口９も、加熱することにより拡張される。

図２によれば、個々のカム３は、それらの軸方向および角度方向に関してそれらの最終的な位置にはない。カム３は、ローラバニシング加工された部分１０に隣接して配置される。代替的に、カム３はローラバニシング加工された部分１０の縁に配置され、この場合も、先ず、分離させる必要がある。

カム３をそれらの最終的な位置に至らせるために、カムが、ローラバニシング加工された部分１０上に押し付けられる。同時に、カム３は、相互に正確な角度関係で配置される。図３によれば、これは、カム３がそれぞれのローラバニシング加工された部分１０に個々に押し付けられるという事実により、特に簡単な方法で実施可能であり、この場合、個々のカム３の連続する押付動作の間に、シャフト１が適度に回転される。

図３の例示的な実施形態によれば、転がり軸受５が、図示のように２つの軸受収容部４に設けられている。同様の方法により、転がり軸受５がそれぞれ設けられた複数の軸受収容部４を、シャフト１全体に沿って存在させることができる。

そこから開始して、図４は、転がり軸受５’が一つの軸受収容部４のみに存在し、滑り取付が残りの軸受収容部４’で行われる代替的な実施形態を示している。転がり軸受５’、図示の例示的な実施形態では玉軸受は、シャフト１の対応する端部で大きな力を吸収することができるように提供され、その力はシャフト１上に設けられた駆動歯車１１によってもたらされる。図４によれば、その上にカム３が配置されるシャフト１は、シリンダヘッドカバーの形態のハウジング部２内に配置される。

図５は、下から見たシリンダヘッドカバーを示しており、ここでは内燃機関の入口弁および出口弁を制御するカム３を有する２つのシャフト１が配置されている。第一の軸受収容部４におけるそれぞれの駆動歯車１１から開始して、２つのシャフト１のための支持が転がり軸受５’によって与えられている。

Claims (10)

1. 少なくとも１つの機能要素を有するシャフト（１）とハウジング部（２）とを備える自動車モジュールの組み立て方法であって、前記シャフト（１）が、前記ハウジング部（２）の軸受収容部（４）内において回転可能に配置され、前記少なくとも１つの機能要素が、前記シャフト（１）の肉厚部でハブ開口（９）によって固定されており、当該方法が、
   ａ）前記ハブ開口（９）が前記軸受収容部（４）と整列されるように、前記ハウジング部（２）内に前記少なくとも１つの機能要素を配置するステップと、
   ｂ）前記ハウジング部（２）と前記シャフト（１）との間に温度差を生じさせるステップであって、その温度で、前記シャフト（１）が、前記ハウジング部（２）内に挿入されるとともに、前記軸受収容部（４）の少なくとも１つを通って前記肉厚部によって導かれる、ステップと、
   ｃ）前記シャフト（１）と前記ハウジング部（２）との間に温度の均等化をもたらすステップと、
   ｄ）前記シャフト（１）に対して前記少なくとも１つの機能要素を位置的に正確に配置するステップと、
   ｅ）前記ハブ開口（９）と関連する肉厚部との間に締まりばめを提供するステップと を備え、
   前記シャフト（１）が前記ハウジング部（２）内に挿入される前に、転がり軸受（５）が前記ハウジング部（２）の受入開口（６）内に圧入されるように、前記軸受収容部（４）の少なくとも１つが形成されることを特徴とする方法。
2. 請求項１に記載の方法において、
   ａ）およびｂ）のステップ後、前記少なくとも１つの機能要素が前記シャフト（１）に対して位置的に正確な方法で配置される前に、先ず、前記シャフト（１）と前記ハウジング部（２）との間の温度の均等化がもたらされ、次に、前記関連する肉厚部との前記ハブ開口（９）のプレス圧縮によって、前記少なくとも１つの機能要素が、前記シャフト（１）に対して位置的に正確な方法で配置されることを特徴とする方法。
3. 請求項１または２に記載の方法において、
   ニードル軸受の形態の転がり軸受（５）が圧入されることを特徴とする方法。
4. 請求項１乃至３の何れか一項に記載の方法において、
   前記ハウジング部（２）の前記軸受収容部（４）のすべてに転がり軸受（５）が設けられていることを特徴とする方法。
5. 請求項１乃至３の何れか一項に記載の方法において、
   前記シャフト（１）が、前記転がり軸受（５）によって一つの軸受収容部（４）に、かつ、滑り取付によって別の軸受収容部（４）に回転可能に配置され、前記転がり軸受（５）を有する軸受収容部（４）が、前記シャフト（１）のシャフト駆動部が設けられた側に、形成されていることを特徴とする方法。
6. 請求項１乃至５の何れか一項に記載の方法において、
   機能要素としての複数のカム（３）が、前記シャフト（１）それぞれの肉厚部に連結されており、前記シャフト（１）の前記ハウジング部（２）内への挿入のために、前記シャフト（１）と前記カム（３）の少なくとも幾つかのとの間に温度差が形成され、前記シャフト（１）が、前記機能要素の前記関連するハブ開口（９）を通って前記肉厚部によって導かれることを特徴とする方法。
7. 請求項１乃至６の何れか一項に記載の方法において、
   前記温度差を生じさせるステップと前記温度の均等化をもたらすステップとの間に、前記軸受収容部（４）が前記シャフト（１）の軸受部分と重なるように、前記シャフト（１）が、前記ハウジング部（２）内に位置的に正確な方法で配置されることを特徴とする方法。
8. 請求項７に記載の方法において、
   前記温度の均等化がもたらされるとき、少なくとも１つの軸受収容部（４）において、前記軸受部分が、前記転がり軸受（５）の内側リング（８）にプレスフィットにより連結されることを特徴とする方法。
9. 請求項１乃至８の何れか一項に記載の方法において、
   前記温度差を生じさせるために、前記シャフト（１）が冷却されるか、かつ／または前記ハウジング部（２）および前記少なくとも１つの機能要素が加熱されることを特徴とする方法。
10. 請求項１乃至９の何れか一項に記載の方法において、
    前記シャフト（１）の少なくとも１つの肉厚部が、ローラバニシング加工によって形成されることを特徴とする方法。

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