DE102011011803A1

DE102011011803A1 - Betätigungsmodul für mindestens ein Gaswechselventil einer Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE102011011803A1
Application number: DE102011011803A
Authority: DE
Inventors: Kai Hartel; Heino Schiller; Norman Wawrik; Hannes Dussenpond; Jens Kriete; Klaus Gebauer; Oswald Gehl
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 2011-02-19
Filing date: 2011-02-19
Publication date: 2012-08-23
Also published as: EP2676009B1; CN103370501A; WO2012110191A1; EP2676009A1; CN103370501B; RU2540344C1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Betätigungsmodul für mindestens ein Gaswechselventil einer Brennkraftmaschine mit einer Zylinderkopfhaube (10) und mindestens einer Nockenwelle (14) mit mindestens einem auf der Nockenwelle (14), insbesondere Zahnwelle, angeordneten Nockenstück (16, 17), wobei die Zylinderkopfhaube (10) zum Lagern der Nockenwelle (14) mindestens eine geteilte Lagerbrücke (12) aufweist, die eine Lagerbasis (28) und einen Lagerdeckel (30) aufweist, die jeweils eine Lageröffnung mit radial innen liegender Lagerfläche (32) ausbilden. Hierbei weist mindestens ein Nockenstück (16, 17) ein Lagerelement (26) auf, welches in einer Lagerbrücke (12) radial zwischen der Nockenwelle (14) und der Lagerfläche (32) angeordnet ist.

Description

Die Erfindung betrifft ein Betätigungsmodul für mindestens ein Gaswechselventil einer Brennkraftmaschine mit einer Zylinderkopfhaube und mindestens einer Nockenwelle, die als gebaute Nockenwelle eine Antriebswelle, insbesondere Zahnwelle, und mindestens ein axial verschiebbares Nockenstück aufweist, wobei die Zylinderkopfhaube zum Lagern der Nockenwelle mindestens eine geteilte Lagerbrücke aufweist, die eine Lagerbasis und einen Lagerdeckel aufweist, die jeweils eine Lageröffnung mit radial innen liegender Lagerfläche ausbilden, gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1. Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zum Zusammenbau eines Betätigungsmoduls für mindestes ein Gaswechselventil einer Brennkraftmaschine gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 8.
Aus der DE 198 07 675 A1 ist ein Zylinderkopf für eine Brennkraftmaschine mit wenigstens einer Nockenwelle bekannt. Zur möglichst reibungsarmen Lagerung der Nockenwelle ist eine einem Antriebsrad für die Nockenwelle unmittelbar benachbarte Lagerstelle im Bereich eines äußeren Steges als Wälzlager, beispielsweise Kugellager, ausgebildet und die weiteren Lagerstellen sind als Gleitlager gefertigt. Optional ist auch das Lager, welches vom Antriebsrad am weitesten entfernt ist, ebenfalls als Wälzlager, beispielsweise Kugellager, hergestellt.
Aus der DE 103 31 089 A1 ist eine Zylinderkopfhaube für eine Brennkraftmaschine mit mindestens einer Nockenwelle bekannt, wobei die Nockenwelle durch wenigstens eine Lagerbrücke entlang einer Lagergasse für die Nockenwelle in der Zylinderkopfhaube hindurch ragt. Die Lagerbrücken weisen jeweils eine Öffnung auf, die die Nockenwelle vollständig umschließt. Die Lagerbrücken sind ungeteilt, wobei die Lagerung ein Wälzlager, beispielsweise ein Kugellager, zur Lagerung der Nockenwelle aufweisen kann. Zur Montage wird die Nockenwelle unter eine Temperatur der Zylinderkopfhaube gekühlt und in die Bohrungen der Lagerbrücken sowie in vorgefertigte Nocken eingepasst. Eine Montagehilfe sorgt für eine korrekte Ausrichtung der Nocken, insbesondere für den richtigen Abstand und die vorbestimmte Verdrehung derselben. Die Nocken sind zwischen den ungeteilten Lagerbrücken angeordnet.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Betätigungsmodul und ein Verfahren der oben genannten Art dahingehend zu verbessern, dass eine einfache und kostengünstige Montage erzielt wird und eine Variation des Nockenhubes möglich ist.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Betätigungsmodul der oben genannten Art mit den in Anspruch 1 gekennzeichneten Merkmalen und durch ein Verfahren der oben genannten Art mit in Anspruch 8 angegebenen Verfahrensschritten gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den weiteren Ansprüchen beschrieben.
Dazu ist es bei einem Betätigungsmodul der oben genannten Art erfindungsgemäß vorgesehen, dass mindestens ein Nockenstück ein Lagerelement aufweist, welches in einer Lagerbrücke radial zwischen der Nockenwelle und der Lagerfläche angeordnet ist.
Dies hat den Vorteil, dass die Lagerung der Nockenwelle und der Nockenstücke unabhängig ist und gleichzeitig durch die Teilung der Lagerbrücken unabhängig von einem Gehäuse der Zylinderkopfhaube dieses Gehäuse nicht geteilt ausgebildet sein muss, so dass eine einfache Abdichtung der Zylinderkopfhaube möglich ist.
Eine besonders einfache Herstellung und Montage erzielt man dadurch, dass mindestens ein Lagerelement und ein Nockenstück einstückig miteinander ausgebildet sind.
Zum zusätzlichen Lagern der Nockenwelle bzw. Zahnwelle weist die Zylinderkopfhaube mindestens eine ungeteilte Lagerstelle auf.
Eine Reduzierung von Reibungskräften innerhalb eines ungeteilten Lagers der Nocken- bzw. Zahnwelle erzielt man dadurch, dass in mindestens einer ungeteilten Lagerstelle ein Wälzlager, insbesondere ein Kugellager, angeordnet ist.
Eine besonders zuverlässige und funktionssichere Ausführung des Betätigungsmoduls erzielt man dadurch, dass die Nockenwelle eine verzahnte Antriebswelle aufweist, wobei diese in einer ungeteilten Lagerstelle gelagert ist.
Ein Ventilumschaltsystem erzielt man dadurch, dass mindestes ein Nockenstück derart ausgebildet und angeordnet ist, dass dieses auf der Nocken- bzw. Zahnwelle axial verschiebbar ist.
Eine einfache Montage erzielt man dadurch, dass die Lagerbasis einstückig mit der Zylinderkopfhaube ausgebildet ist.
Weiterhin sind bei einem Verfahren der oben genannten Art erfindungsgemäß folgende Schritte vorgesehen,

(a) Einlegen aller Nockenstücke mit Lagerelementen in eine jeweilige geteilte Lagerbrücke;
(b) Einschieben der Nocken- bzw. Zahnwelle durch die Lagerelemente.

Dies hat den Vorteil, dass auf einfache und kostengünstige Weise ein schaltbarer Ventiltrieb in einer Zylinderkopfhaube montierbar ist, die sowohl geteilte Lagerbrücken als auch ungeteilte Lagerstellen aufweist.
Eine lagerichtige Montage der Nockenstücke erzielt man dadurch, dass während oder nach Schritt (a) die Nockenstücke ausgerichtet werden.
Zum mechanischen Zurückhalten der Nockenstücke in den geteilten Lagerbrücken sowie zum Vervollständigen der Lagerstellen in den Lagerbrücken wird vor oder nach Schritt (b) mindestens ein Lagerdeckel auf einer jeweiligen Lagerbasis befestigt.
Eine reibungsarme Lagerung der Nockenwelle an mindestes einer ungeteilten Lagerstelle erzielt man dadurch, dass vor Schritt (a) mindestens ein Wälzlager, insbesondere ein Kugellager, auf mindestens eine Nockenwelle an einer Stelle aufgepresst wird, die nach Schritt (b) im Bereich der ungeteilten Lagerstelle angeordnet ist.
Eine einfache Montage einer gebauten Nockenwelle mit mindestens einem axial auf der Nockenwelle verschiebbaren Nockenstück erzielt man dadurch, dass nach Schritt (a) und vor Schritt (b) ein Betätigungsmechanismus für ein auf der Nockenwelle axial verschiebbares Nockenstück montiert wird.
Eine fixierte Halterung der Nockenstücke zum axialen Einschieben der Nockenwelle erzielt man dadurch, dass in Schritt (a) die Nockenstücke jeweils in eine Lagerbasis eingelegt werden.
Eine besondere Form dieser gebauten Nockenwelle erzielt man dadurch, dass nach Schritt (b) mindestens ein Nockenstück drehfest mit der Nockenwelle verbunden, insbesondere verstiftet, wird.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Zeichnung näher erläutert. Diese zeigt in
1 eine beispielhafte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Betätigungsmoduls in perspektivischer Ansicht und
2 eine Schnittansicht des Betätigungsmoduls gemäß 1 in einer eine Nockenwelle schneidenden Ebene.
Die in 1 und 2 dargestellte, bevorzugte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Betätigungsmoduls umfasst eine Zylinderkopfhaube 10 mit geteilten Lagerbrücken 12 und zwei Nockenwellen 14, die jeweils erste und zweite Nockenstücke 16, 17 aufweisen. Die Zylinderkopfhaube 10 weist ferner für jede der Nockenwellen 14 beidseits jeweils eine ungeteilte Lagerstelle 18 auf, wobei in einer von zwei Lagerstellen 18 für eine Nockenwelle 14 ein Wälzlager 20, insbesondere Kugellager, angeordnet ist. Das Wälzlager 20 stellt gleichzeitig eine axiale Fixierung der Nocken- bzw. Zahnwelle 14 zur Verfügung.
Die ersten Nockenstücke 16 sind drehfest und axial fest auf der Nockenwelle 14 angeordnet. Die zweiten Nockenstücke 17 sind drehfest mit der Nockenwelle 14 verbunden, jedoch zusätzlich um einen vorbestimmten Weg axial relativ zur Nockenwelle verschiebbar, wie mit Doppelpfeilen 24 angedeutet, so dass wahlweise verschiedene Nockenkonturen für eine Betätigung eines jeweiligen Gaswechselventils (nicht dargestellt) eingestellt werden können. Auf diese Weise steht ein Ventilumschaltmechanismus zur Verfügung. Entsprechende Schaltvorrichtungen 22 zum axialen Verschieben der zweiten Nockenstücke 17 sind an der Zylinderkopfhaube 10 angeordnet.
Jedes Nockenstück 16, 17 weist einstückig ein Lagerelement 26 auf und die Nockenstücke 16, 17 sind in den geteilten Lagerbrücken 12 angeordnet, so dass die Nockenstücke 16, 17 bzw. deren jeweiliges Lagerelement 26 jeweils zwischen der jeweiligen Lagerbrücke 12 und der Nockenwelle 14 angeordnet sind. Die Lagerbrücken 12 umfassen jeweils eine Lagerbasis 28, die einstückig mit der Zylinderkopfhaube 10 ausgebildet ist, und einen Lagerdeckel 30 (2). In der Darstellung von 1 sind die Lagerdeckel noch nicht auf den jeweiligen Lagerbasen 28 befestigt, so dass von den geteilten Lagerbrücken 12 nur die Lagerbasen 28 zu sehen sind. Jeweils eine Lagerbasis 28 und ein Lagerdeckel 30 bilden eine Lageröffnung aus, durch die eine Nockenwelle greift und die eine der Nockenwelle 14 zugewandte Lagerfläche 32 ausbildet (2). Die Nockenstücke 16, 17 bzw. deren Lagerelemente 26 sind in der jeweiligen Lagerbrücke 12 zwischen der Nockenwelle 14 und der Lagerfläche 32 angeordnet.
Durch die geteilten Lagerbrücken 12 kann ein Gehäuse der Zylinderkopfhaube 10 ungeteilt ausgebildet sein. Auf diese Weise ist die Zylinderkopfhaube 10 einfacher abzudichten als eine Zylinderkopfhaube 10 mit geteiltem Gehäuse, wobei die Gehäuseteile die beiden komplementären Teile (Basis und Deckel) der geteilten Lagerbrücke aufweisen.
Zur Montage des erfindungsgemäßen Betätigungsmoduls wird beispielhaft wie folgt vorgegangen:
Zunächst werden die Nockenstücke 16, 17 in die Lagerbasen 28 der geteilten Lagerbrücken 12 derart eingelegt, dass die Lagerelemente 26 der Nockenstücke 16, 17 an der jeweiligen von der Lagerbasis 28 ausgebildeten Lagerfläche 32 anliegen. Die Nockenstücke 16, 17 werden dann lagerichtig ausgerichtet. Auf die noch nicht montierten Nocken- bzw. Zahnwellen 14 wird jeweils ein Wälzlager, beispielsweise Kugellager, insbesondere ein Rillenkugellager, an einer Stelle aufgepresst, die nach der Montage der Nockenwelle 14 in einer jeweiligen Lagergasse der Zylinderkopfhaube 10 im Bereich der ungeteilten Lagerstelle 18 liegt. Betätigungseinrichtungen für die axial verschiebbaren zweiten Nockenstücke 17 werden vormontiert. Diese Betätigungseinrichtungen umfassen beispielsweise Feder und Kugel, die beim Einschieben der Nockenwelle 14 verrasten. Anschließend wird die Nockenwelle 14 durch die ungeteilten Lagerstellen 18 und die Nockenstücke 16, 17 in den Lagerbrücken 12 axial eingeschoben. Die Nockenwelle 14 ist dadurch endseitig durch die ungeteilten Lager 18 direkt und durch die geteilten Lagerbrücken 12 indirekt über die Nockenstücke 16, 17 gelagert. Das Wälzlager 20 wird in die ungeteilte Lagerstelle 18 eingepresst. Als nächstes erfolgt die Montage eines ersten Endstückes 34 mit Pumpennocken sowie die Montage eines zweiten Endstückes 36 mit Wasserpumpenantrieb. Schließlich werden die ersten Nockenstücke 16 mechanisch fest mit der Nockenwelle 14, beispielsweise mittels Verstiften, verbunden, so dass diese ersten Nockenstücke 16 drehfest und axial fixiert mit der Nockenwelle 14 verbunden sind. Anschließend wird noch an der Seite der Wälzlager 20 eine Wellendichtung eingepresst und an dem gegenüberliegenden Ende der Nockenwellen 14 ein Deckel 38 montiert.
Insgesamt ergeben sich aus der Erfindung noch folgende Vorteile:

– Der Zylinderkopf eines Motors mit konventioneller Nockenwelle und eines Motors mit variablem Ventiltrieb sind identisch. Alle Umfänge, die sich zwischen den Motorenvarianten ändern, sind innerhalb der Zylinderkopfhaube untergebracht. So kann ein Haubenmodul mit konventioneller Nockenwelle und ein Haubenmodul mit einem schaltbaren Ventiltrieb, der eine Abschaltung der Ventile von 2 Zylindern realisiert, für einen ansonsten konstruktiv unveränderten Motor vorgesehen werden. Beide Varianten sind realisierbar ohne den Basismotor zu ändern. Bei bisher bekannten Konstruktionen sind hierfür zwei unterschiedliche Zylinderköpfe notwendig.
– Die Nockenstücke werden in die geteilten Lager innerhalb der Zylinderkopfhaube eingelegt und die verzahnte Antriebswelle anschließend in die Zylinderkopfhaube eingesteckt. So sind das erste und das letzte Lager der Nockenwelle ungeteilt. Dies reduziert die Reibung dieser Lager und ermöglicht eine nach außen abgeschlossene Zylinderkopfhaube. Es ist nicht notwendig, die Zylinderkopfhaube auf Höhe der Nockenwellen komplett zu trennen, um die vorher montierte Nockenwelle einzulegen. Somit ist auch keine Abdichtung der außen liegenden Trennfuge notwendig. Alle Trennfugen der Lagerung liegen innerhalb der Haube und müssen somit nicht öldicht abgedichtet werden.
– Als Axiallager wird ein Kugellager eingesetzt. Wenn man diese Kugellager axial in ein geschlossenes Lager einpresst und so fixiert, wird es annähernd rotationssymmetrisch verpresst. Wenn man ein Kugellager in ein geteiltes Lager einlegt und mit einer Lagerbrücke versieht, wird es in eine ovale Form gedrückt. Alternativ ist es allerdings möglich ein konventionelles Gleitlager vorzusehen, welches wiederum über eine ungeteilte Lauffläche und damit Reibleistungsvorteile besitzt.

Bezugszeichenliste

10: Zylinderkopfhaube
12: geteilte Lagerbrücke
14: Nockenwelle
16: erstes Nockenstück, fest
17: zweites Nockenstück, axial verschiebbar
18: ungeteilte Lagerstelle
20: Kugellager
22: Schaltvorrichtung
24: Doppelpfeil
26: Lagerelement
28: Lagerbasis
30: Lagerdeckel
32: Lagerfläche
34: erstes Endstück mit Pumpennocken
36: zweites Endstück mit Wasserpumpenantrieb
38: Deckel

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 19807675 A1 [0002]
DE 10331089 A1 [0003]

Claims

Betätigungsmodul für mindestens ein Gaswechselventil einer Brennkraftmaschine mit einer Zylinderkopfhaube (10) und mindestens einer Nockenwelle (14), insbesondere Zahnwelle, mit mindestens einem auf der Nockenwelle (14) angeordneten Nockenstück (16, 17), wobei die Zylinderkopfhaube (10) zum Lagern der Nockenwelle (14) mindestens eine geteilte Lagerbrücke (12) aufweist, die eine Lagerbasis (28) und einen Lagerdeckel (30) aufweist, die jeweils eine Lageröffnung mit radial innen liegender Lagerfläche (32) ausbilden, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Nockenstück (16, 17) ein Lagerelement (26) aufweist, welches in einer Lagerbrücke (12) radial zwischen der Nockenwelle (14) und der Lagerfläche (32) angeordnet ist.
Betätigungsmodul nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Lagerelement (26) und ein Nockenstück (16, 17) einstückig miteinander ausgebildet sind.
Betätigungsmodul nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Zylinderkopfhaube (10) mindestens eine ungeteilte Lagerstelle (18) aufweist.
Betätigungsmodul nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass in mindestens einer ungeteilten Lagerstelle (18) ein Wälzlager (20), insbesondere ein Kugellager, angeordnet ist.
Betätigungsmodul nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Nockenwelle (14) eine verzahnte Antriebswelle aufweist, wobei diese in einer ungeteilten Lagerstelle (18) gelagert ist.
Betätigungsmodul nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestes ein Nockenstück (17) derart ausgebildet und angeordnet ist, dass dieses auf der Nockenwelle (14) axial verschiebbar ist.
Betätigungsmodul nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Lagerbasis (28) einstückig mit der Zylinderkopfhaube (10) ausgebildet ist.
Verfahren zum Zusammenbau eines Betätigungsmodul für mindestes ein Gaswechselventil einer Brennkraftmaschine, wobei das Betätigungsmodul gemäß mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche ausgebildet ist und mindestens eine ungeteilte Lagerstelle aufweist, gekennzeichnet durch folgende Schritte, (a) Einlegen mindestens eines oder aller Nockenstücke mit Lagerelementen in eine jeweilige geteilte Lagerbrücke; (b) Einschieben der Nockenwelle durch die Lagerelemente.
Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass während oder nach Schritt (a) die Nockenstücke ausgerichtet werden.
Verfahren nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass vor oder nach Schritt (b) mindestens ein Lagerdeckel auf einer jeweiligen Lagerbasis befestigt wird.
Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass vor Schritt (a) mindestens ein Wälzlager, insbesondere ein Kugellager, auf mindestens eine Nockenwelle an einer Stelle aufgepresst wird, die nach Schritt (b) im Bereich der ungeteilten Lagerstelle angeordnet ist.
Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass nach Schritt (b) das Wälzlager in der ungeteilten Lagerstelle befestigt, insbesondere in die ungeteilten Lagerstelle eingepresst, wird.
Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 8 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass nach Schritt (a) und vor Schritt (b) ein Betätigungsmechanismus für ein auf der Nockenwelle axial verschiebbares Nockenstück montiert wird.
Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 8 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass in Schritt (a) die Nockenstücke jeweils in eine Lagerbasis eingelegt werden.
Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 8 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass nach Schritt (b) mindestens ein Nockenstück drehfest mit der Nockenwelle verbunden, insbesondere verstiftet, wird.