DE102005020236A1

DE102005020236A1 - Verfahren zur Montage einer Nockenwelle am Zylinderkopf einer Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE102005020236A1
Application number: DE102005020236A
Authority: DE
Inventors: Stefan Dr. Dengler
Original assignee: Audi AG
Current assignee: Audi AG
Priority date: 2005-04-30
Filing date: 2005-04-30
Publication date: 2006-11-09
Anticipated expiration: 2025-05-01
Also published as: DE102005020236B4

Abstract

Die Erfindung betrifft den Ventiltrieb einer Brennkraftmaschine mit einer Grundnockenwelle, auf der axial verschiebbare Nockenträger angeordnet sind. Erfindungsgemäß werden zur Montage der Nockenwelle an einem Zylinderkopf die Nockenträger durch Distanzstücke in eine Montageposition verschoben.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Montage einer Nockenwelle am Zylinderkopf einer Brennkraftmaschine gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.
Zur Verbesserung der thermodynamischen Eigenschaften von Brennkraftmaschinen sind mechanische Vorrichtungen bekannt, die das Arbeitsspiel des Ventiltriebes beeinflussen und beispielsweise eine drehzahlabhängige Veränderung der Öffnungszeiten oder des Hubes der Gaswechselventile ermöglichen.

Aus der Druckschrift DE 10 2004 011 586 ist eine derartige Vorrichtung bekannt, bei der ein Nockenträger drehfest und axial verschiebbar auf einer Grundnockenwelle angeordnet ist.

Der Nockenträger besteht dabei aus einem Metallrohr, auf dem beispielsweise zwei Nocken angeordnet sind, bei denen aus einem gemeinsamen Grundkreis axial versetzt mindestens zwei unterschiedliche Nockenlaufbahnen hervorgehen. Durch das axiale Verschieben des Nockenträgers auf der Grundnockenwelle kann ein Gaswechselventil durch die unterschiedlich geformten Nockenlaufbahnen betätigt, wobei sich die mindestens zwei Nockenlaufbahnen in der Hubkontur und/oder in der Phasenlage unterscheiden können.

Die Lagerung der Nockenwelle erfolgt dabei durch Lagerblöcke, die einen Nockenträger zwischen den zwei Nocken umfassenden. Beim Betrieb des Ventiltriebes bildet der Lagerblock eines Nockenträgers zugleich einen Anschlag, durch den beim Verschieben der Nockenträger eine axiale Position der Nockenträger auf der Grundnockenwelle bestimmt wird.

Die Position der Nockenträger zur Grundnockenwelle wird durch eine Federraste bestimmt, die in der Grundnockenwelle ausgebildet ist, und die aus einer Druckfeder und einer Rastkugel besteht. An der Innenseite des Nockenträgers sind für die Rastkugel rampenförmige Vertiefungen ausgebildet, die genau so ausgeformt sind, dass die Nockenträger trotz der unterschiedlichen Ausdehnungskoeffizienten der Materialien der Grundnockenwelle und des Zylinderkopfes immer zu einer Seite in den definierten Anschlag verschoben wird.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde ein Verfahren zur Montage einer Nockenwelle am Zylinderkopf einer Brennkraftmaschine gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1 anzugeben, das es erlaubt die vormontierte Nockenwelle am Zylinderkopf der Brennkraftmaschine zu montieren, ohne dass die Kugelraste die Montage beeinflussen. Zudem soll das Verfahren die Handhabung der vormontierten Nockenwelle vereinfachen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch das Merkmal in den Kennzeichen des Patentanspruchs 1 gelöst, wonach der mindestens eine Nockenträger auf der Grundnockenwelle durch Distanzstücke in seiner axialen Position fixiert wird.

Diese Fixierung ist von besonderer Bedeutung, wenn der Nockenträger durch eine in der Grundnockenwelle ausgebildete Kugelraste in seiner Position gehalten wird. Die Kugelraste kann dabei so ausgebildet sein, dass der Nockenträger durch die Kugelraste in eine axiale Position verschoben wird, in der die Nockenwelle am Zylinderkopf nicht montiert werden kann. Dabei kommt den Distanzstücken die Aufgabe zu, die Nockenträger gegen die Kraft der Kugelraste in einer axialen Position auf der Grundnockenwelle zu fixieren.

In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Distanzstücke an ihren äußeren, auf die Grundnockenwelle aufzusetzenden Enden verbreitert ausgebildet sind. Durch diese Verbreiterung zentrieren die Distanzstücke beim Aufsetzen auf die Grundnockenwelle von selbst. Zudem rasten die Distanzstücke beim Aufsetzen auf der Grundnockenwelle ein und verbleiben in dieser eingerasteten Position.

In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die den mindestens einen Nockenträger berührenden Seitenflächen der Distanzstücke rampenförmig ausgebildet sind. Beim Aufschieben der Distanzstücke auf die Grundnockenwelle wird der mindestens eine Nockenträger durch die ram penförmigen Seitenflächen in die zur Grundnockenwelle gewünschte axiale Position verschoben.

Dabei können die Distanzstücke vorteilhaft aus einem Kunststoffmaterial gefertigt werden. Alternativ werden die Distanzstücke aus einem Metall gefertigt, wobei an den die Grundnockenwelle und/oder die Nockenträger berührenden Stellen der Distanzstücke Gleitmaterialien, beispielsweise aus Teflon, befestigt werden.

In einer nächsten vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass an der Grundnockenwelle ein radial hervorstehendes Bauteil ausgebildet ist. An diesem radial hervorstehenden Bauteil stützt sich das mindestens eine Distanzstück beim Aufsetzen auf die Grundnockenwelle ab. Das radial hervorstehende Bauteil wird beispielsweise von einen Nockenwellenrad oder von einem Signalgeberrad gebildet.

In einer ebenfalls nächsten vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass alle Distanzstücke einer Nockenwelle miteinander verbunden sind. Dies kann in einfacher Weise durch bewegliche Verbindungselemente erfolgen. Vorteilhafter ist es die Distanzstücke einer Nockenwelle zu einem einteiligen Distanzmodul zusammen zu fassen, an dem ein Abzugsgriff ausgebildet wird.

Nach der Montage der Nockenwelle am Zylinderkopf werden die Distanzstücke bzw. wird das Distanzmodul entfernt.

In einer besonders vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass an dem Distanzmodul Marken ausgebildet sind, durch welche eine definierte Position auf der Grundnockenwelle bestimmt wird. Beispielsweise greifen diese Marken in auf der Grundnockenwelle ausgebildete die Schrauberfreigänge, wodurch das Distanzmodul immer in der selben Position auf der Grundnockenwelle einrastet. Zudem sind auf dem Distanzmodul Markierungen ausgebildet, durch welche die Ausrichtung bzw. die korrekte Anordnung der Nockenträger auf der Grundnockenwelle kontrolliert werden kann.

Neben der vereinfachten Montage der Nockenwelle an Zylinderkopf werden durch die Distanzstücke auch beim Transport der Nockenwelle axiales Verschiebungen der Nockenträger gegenüber der Grundnockenwelle vermieden.

Durch das Verfahren zur Montage der Nockenwelle am Zylinderkopf einer Brennkraftmaschine ist die Handhabung der vormontierten Nockenwelle deutlich vereinfacht. Vor allem kann die vormontierte Nockenwelle am Zylinderkopf der Brennkraftmaschine montiert werden, ohne dass Kugelrasten die Montage erschwerend beeinflussen.

Im folgenden ist das erfindungsgemäße Verfahren zur Montage einer Nockenwelle am Zylinderkopf einer Brennkraftmaschine anhand von einem Ausführungsbeispiel im Zusammenhang mit zwei Figuren dargestellt und erläutert.
Es zeigen:
1 eine Schnittdarstellung durch eine Nockenwelle, in der die Nockenträger von den Kugelrasten der Mittelposition der Rastnuten gehalten werden, in denen die Nockenwelle nicht am Zylinderkopf montiert werden kann,
2 eine Schnittdarstellung durch einen Nockenträger mit aufgesetztem Distanzmodul, in der die Nockenträger durch die Montagehilfe in eine Montageposition verschoben sind, in der die Nockenwelle am Zylinderkopf montiert werden kann.
Eine Brennkraftmaschine mit sechs v-förmig angeordneten Zylindern, mit zwei Zylinderbänken und mit jeweils zwei obenliegenden Nockenwellen zum Antrieb eines Kraftfahrzeuges ist mit einer Vorrichtung zum Verstellen des Hubes und der Öffnungszeiten der einlassseitigen Gaswechselventile ausgestattet. Die Vorrichtung besteht aus drei Nockenträgern, die in jeder Zylinderbank auf der die einlassseitigen Gaswechselventile betätigenden Grundnockenwelle drehfest und axial verschiebbar angeordnet sind.
Die die Drehfestigkeit bei gleichzeitiger axialer Verschiebbarkeit ermöglichende Verbindung zwischen der Grundnockenwelle und den Nockenträgern besteht in einer Verzahnung, die auf der Grundnockenwelle als Außenverzahnung und in dem Nockenträger als Innenverzahnung ausgebildet ist.
Jeder Nockenträger einer Grundnockenwelle ist genau einem Zylinder zugeordnet, wobei jeder Zylinder der Brennkraftmaschine einlassseitig zwei Gaswechsel ventile aufweist. Entsprechend sind auf jedem Nockenträger zwei Nocken ausgebildet, wobei jeder Nocken ein einlassseitiges Gaswechselventil betätigt. Jeder der zwei Nocken weist jeweils zwei sich unterscheidende Nockenlaufbahnen auf, die axial versetzt aus einem gemeinsamen Grundkreis des Nockens hervorgehen. Dabei bewirkt eine Nockenlaufbahn eine kleine Hubhöhe des Gaswechselventils und die andere Nockenlaufbahn eine große Hubhöhe des Gaswechselventils. Die Nockenlaufbahn mit der kleinen Hubhöhe wird bei Motordrehzahlen unterhalb 2500 Umdrehungen pro Minute geschaltet, die Nockenlaufbahn mit der großen Hubhöhe wird bei Motordrehzahlen oberhalb 2500 Umdrehungen pro Minute geschaltet.
Zwischen den beiden Nocken wird ein Nockenträger von einem Lagerblock umfasst, der die Lagerung der Nockenwelle bildet. Die unter Hälfte es Lagerblockes ist direkt am Zylinderkopf ausgebildet. Die obere Hälfte eines Lagerblockes wird von einer Lagerschale gebildet, wobei alle Lagerschalen einer Zylinderbank zu einem gemeinsamen Bauteil, dem Leiterrahmen, zusammengefasst sind. Die Lagerblöcke bildet mit ihren seitlichen Flächen Anschlagsflächen für die Nocken eines Nockenträgers, wodurch die Position der Nockenlaufbahnen zu den Gaswechselventilen definiert wird.
Zum axialen Verschieben ist an beiden Seiten der Nockenträger jeweils ein als separates Bauteil ausgebildeter Schneckentrieb angeordnet, in dem als Vertiefung eine Kurvenbahn ausgebildet ist. Die Kurvenbahnen der zwei Schneckentriebe eines Nockenträgers sind dabei zueinander spiegelbildlich ausgebildet, wodurch das axiale Verschieben des Nockenträgers auf der Grundnockenwelle in beide Richtungen möglich ist.
Das axiale Verschieben der Nockenträger erfolgt durch radial zur Grundnockenwelle angeordnete Stellglieder, die vorteilhaft als elektromagnetische Ventile ausgebildet sind. Die Stellglieder sind fest mit dem Zylinderkopf der Brennkraftmaschine verbunden. Durch die Elektromagneten kann der Betätigungsstift ausgefahren und zurückgezogen werden. Im ausgefahrenen Zustand greift der Betätigungsstift in die die Kurvenbahn bildende Vertiefung eines Schneckentriebes, wobei der Nockenträger beim Betrieb der Brennkraftmaschine durch die Drehung der Grundnockenwelle axial verschoben wird.
Um das ungewollte Verschieben der Nockenträger beim Betrieb der Brennkraftmaschine zu vermeiden ist in der Grundnockenwelle für jeden Nockenträger eine Rastvorrichtung vorgesehen. Die Rastvorrichtung besteht aus einer Druckfeder und einer Rastkugel, die in einer Bohrung der Grundnockenwelle angeordnet sind. Durch die Druckfeder wird die Rastkugel radial nach außen aus der Grundnockenwelle heraus verschoben.
In jedem Nockenträger sind entsprechend den zwei Nockenlaufbahnen zwei Rastnuten ausgebildet, in welche die Rastkugel zum Fixieren des Nockenträgers einrast. Die Rastnuten sind im Axialschnitt ellipsensegmentförmig ausgebildet, können aber auch kreissegment- oder rampenförmig ausgebildet werden. Dabei ist die Breite der Rastnut deutlich größer als der Durchmesser der Rastkugel. Die Rastnuten und die Rastkugel sind dabei so zueinander angeordnet, dass der Nockenträger axial gegen jeweils eine Anschlagsfläche des Lagerblockes verschoben wird, indem die Druckfeder die Rastkugel gegen eine Seite ellipsensegmentförmige Rastnut verschiebt. Die Anordnung ist so ausgelegt, dass das Verschieben gegen den Lagerblock auch dann erfolgt, wenn die Grundnockenwelle sich gegenüber den Lagerblocken beispielsweise durch unterschiedliche thermische Ausdehnungen verschiebt.
Zur Montage einer Nockenwelle im Zylinderkopf der Brennkraftmaschine müssen die Nockenstücke auf der Grundnockenwelle in eine Position gebracht werden, in der die Grundnockenwelle mit den Nockenträgern zwischen den Lagerblöcken montiert werden kann. Dazu müssen die zuerst die Nockenstücke auf die Grundnockenwelle aufgeschoben werden, wobei die exakte Winkellager der Nocken zur Grundnockenwelle zu beachten ist, damit die Brennkraftmaschine das Arbeitsspiel korrekt durchlaufen kann. Dann wird jeder Nockenträger auf einer zuvor bestimmten Rastnut geschoben.
1 zeigt eine Schnittdarstellung durch eine Nockenwelle 1, auf der die Nockenträger 2 von den Kugelrasten 6 in der Mittelposition der ellipsensegmentförmigen Rastnut 8 gehalten werden, in der eine Rastkugel 6 am weitesten durch die Druckfeder 7 aus der Bohrung in der Grundnockenwelle 9 verschoben wird. In der die Mittelposition einnehmenden Stellung der Nockenträger 2 kann die Nockenwelle 1 nicht an dem die unteren Lagerschalen a tragenden Zylinderkopf montiert werden, da alle drei Nockenträger 2 gegen die unteren Lagerschalen b des Zylinderkopfes stoßen würden.
Um die Nockenträger 2 in eine Montageposition bringen, in der sie am Zylinderkopf montiert werden können, ist ein Distanzmodul 10 vorgesehen, das aus einem gemeinsamen Träger 11 und mehreren Distanzstücken 12 zusammengesetzt ist. Um eine definierte Position zur Nockenwelle 1 einzunehmen stützt sich das Distanzmodul 10 gegen mindestes ein Bauteil ab, das fest mit der Grundnockenwelle 9 verbunden ist, und das radial von der Grundnockenwelle 9 absteht. Bei der dargestellten Grundnockenwelle 9 bieten sich dafür das Axiallager 3 und/oder das Nockenwellenrad 4 an. Zudem dient der dem Nockenwellenrad 4 auf der Grundnockenwelle 9 gegenüberliegende Hallgeber beim Aufsetzen des Distanzmoduls 10 als Anschlag. Beim Aufsetzen auf die Grundnockenwelle 9 drücken sich die Distanzstücke 12 zwischen zwei Nockenträger 2 bzw. zwischen den äußeren Nockenträger 2 und das Axiallager 4 und verschieben durch jeweils ein als Rampe ausgebildete Seitenfläche der Distanzstücke 12 die Nockenträger 2 in die Montageposition.
Zum vereinfachten Aufsetzen und zum selbsttätigen zentrieren des Distanzmoduls 10 auf der Grundnockenwelle 9 sind die Distanzstücke 12 an ihren äußeren, auf die Grundnockenwelle 9 aufzusetzenden Enden voneinander gespreizt ausgebildet.
Dabei sind die Distanzstücke 12 so geformt, dass sie die Grundnockenwelle 9 fest umfassen und auf dieser einrasten, so dass die Nockenwelle 1 durch das einen Griff 14 aufweisende Distanzmodul 10 transportiert werden kann.
Um eine immer gleiche, feste Winkellage des Distanzmoduls 10 zur Grundnockenwelle 9 einzunehmen sind an der Innenseite der Distanzstücke 12 als Marken Ausformungen 14 ausgebildet, die in Schrauberfreigänge 5 greifen, die an der Grundnockenwelle 9 ausgebildet sind.
2 zeigt eine Schnittdarstellung durch die Nockenwelle 1 mit aufgesetztem Distanzmodul 10, in der die Nockenträger 2 durch die Distanzstücke 12 in die Montageposition verschoben sind, in der die Nockenwelle 1 am Zylinderkopf montiert werden kann.
Das Distanzmodul 10 ist aus Stahl gefertigt, wobei die Distanzstücke 12 einen nicht dargestellten Überzug aus Teflon aufweisen, um ein Kratzen beispielsweise an den Nockenträgern 2 zu vermeiden.
An dem Distanzmodul 12, insbesondere an den Distanzstücken 12, sind ebenfalls nicht dargestellte Markierungen ausgebildet, welche die Sollposition der Nocken der Nockenträger 2 ausweisen. Stimmt die Istposition der Nocken mit den Markierungen nicht überein ist zu erkennen, dass Ausrichtung der Nockenträger 2 zur Grundnockenwelle 9 fehlerhaft ist und korrigiert werden muss. Dazu wird zumindest der betroffene Nockenträger von der Grundnockenwelle 9 abgezogen, gedreht, und wieder aufgeschoben.
In einer einfachen Ausführungsform der Erfindung werden die Distanzstücke aus Kunststoff gefertigt und einzeln zwischen die Nockenträger bzw. zwischen einen Nockenträger und das Axiallager gedrückt. Die Distanzstücke einer Grundnockenwelle können vorteilhaft durch eine Schnur miteinander verbunden sein.
Durch das beschriebene Verfahren zur Montage der Nockenwelle am Zylinderkopf einer Brennkraftmaschine mittels eines Montagemoduls wird die Handhabung der vormontierten Nockenwelle deutlich vereinfacht, wobei insbesondere die Nockenstücke durch einen Arbeitsschritt in die Montageposition verschoben und am Zylinderkopf der Brennkraftmaschine montiert werden können.
Bezugszeichenliste: P 5420

Claims

Verfahren zur Montage einer Nockenwelle (1) am Zylinderkopf einer Brennkraftmaschine, wobei die Nockenwelle (1) aus einer Grundnockenwelle (9) und aus mindestens einem Nockenträger (2) besteht, der drehfest und axial verschiebbar auf der Grundnockenwelle (9) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Nockenträger (2) durch Distanzstücke (12) in seiner axialen Position auf der Grundnockenwelle (9) fixiert wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Nockenträger (2) durch eine in der Grundnockenwelle (9) ausgebildete Kugelraste in seiner Position gehalten wird, und dass der mindestens eine Nockenträgern (2) durch die Distanzstücke (12) gegen die Kraft der Kugelraste in einer axialen Position auf der Grundnockenwelle (9) fixiert wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Distanzstücke (12) an ihren äußeren, auf die Grundnockenwelle (9) aufzusetzenden Enden voneinander gespreizt ausgebildet sind, so dass die Distanzstücke (12) beim Aufsetzen auf die Grundnockenwelle (9) von selbst zentrieren, und dass die Distanzstücke (12) beim Aufsetzen auf der Grundnockenwelle (9) einrasten.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die den mindestens einen Nockenträger (2) berührenden Seitenflächen der Distanzstücke (12) rampenförmig ausgebildet sind, und dass beim Aufschieben der Distanzstücke (12) auf die Grundnockenwelle (9) der mindestens eine Nockenträger (2) durch die rampenförmigen Seitenflächen in die zur Grundnockenwelle (9) gewünschte axiale Position verschoben wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine Distanzstück (12) aus einem Kunststoffmaterial gefertigt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine Distanzstück (12) aus einem Metall gefertigt wird, und dass an der Grundnockenwelle (9) und/oder an dem mindestens einen Nockenträger (2) berührenden Stellen der Distanzstücke (12) Gleitmaterialien befestigt werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass an der Grundnockenwelle (9) ein radial hervorstehendes Bauteil ausgebildet ist, und dass sich das mindestens eine Distanzstück (12) beim Aufsetzen auf die Grundnockenwelle (9) gegen dieses radial hervorstehendes Bauteil abstützt.
Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass auf der Grundnockenwelle (9) mehrere Nockenträger (2) angeordnet sind, die von mehreren Distanzstücken (12) in ihrer axialen Position auf der Grundnockenwelle (9) fixiert werden, und dass alle Distanzstücke (12) einer Nockenwelle (1) miteinander verbunden sind.
Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass alle Distanzstücke (12) einer Nockenwelle (1) ein Distanzmodul (10) bilden, und dass das Distanzmodul (10) mittels eines Griffes (13) aufgesetzt und abgezogen wird.
Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Distanzstücke (12) nach der Montage der Nockenwelle (1) am Zylinderkopf abgezogen werden.
Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass an dem Distanzmodul (10) Marken ausgebildet sind, durch welche eine definierte Position auf der Grundnockenwelle (9) bestimmt wird, und dass auf dem Distanzmodul (10) Markierungen ausgebildet sind, durch welche die Ausrichtung der Nockenträger (2) zur Grundnockenwelle (9) kontrolliert wird.
Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass durch die Distanzstücke (12) ein axiales Verrutschen der Nockenträger (2) gegenüber der Grundnockenwelle (9) beim Transport der Nockenwelle (1) vermieden wird.