DE102012213739A1 - Camshaft for an internal combustion engine - Google Patents
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Abstract
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Nockenwelle (1) für eine Brennkraftmaschine mit zumindest einem Funktionselement (2, 2', 2''). Erfindungswesentlich ist dabei, dass an der Nockenwelle (1) wenigstens ein Positionierelement (3) vorgesehen ist, welches fest mit der Nockenwelle () verbunden ist und welches über eine Formschlussverbindung (11) ein einfaches Ausrichten des zumindest einen Funktionselements (2, 2', 2'') an der Nockenwelle (1) sowohl in Axialrichtung als auch bezüglich einer Drehwinkellage erlaubt. Hierdurch lässt sich eine exakte Montage der Nockenwelle (1) erleichtern.The invention relates to a camshaft (1) for an internal combustion engine with at least one functional element (2, 2 ', 2' '). It is essential to the invention that at least one positioning element (3) is provided on the camshaft (1), which is firmly connected to the camshaft () and which can be easily aligned by means of a positive connection (11) of the at least one functional element (2, 2 ', 2 '') on the camshaft (1) both in the axial direction and with respect to an angular position. This makes it easier to assemble the camshaft (1) exactly.
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Nockenwelle für eine Brennkraftmaschine mit zumindest einem Funktionselement gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The present invention relates to a camshaft for an internal combustion engine having at least one functional element according to the preamble of
Nockenwellen sind die zentralen Steuerelemente bei Brennkraftmaschinen und betätigen über die auf der Nockenwelle angeordneten Nocken die Ein- und Auslassventile der Brennkraftmaschine. Zur Einstellung bestimmter Ein- und Auslasszeiten können die Winkelstellungen der einzelnen Nocken relativ zu einer Kurbelwelle gegebenenfalls justiert werden, was über sogenannte Phaser (Stelleinrichtungen) erfolgt. Neben derartigen Phasern sind auch weitere Funktionselemente auf derartigen Nockenwellen angeordnet wie beispielsweise ein Geberrad oder ein Zahnrad, über welches eine mit der Kurbelwelle der Brennkraftmaschine wirkungsverbundene Kette die Nockenwelle antreibt. Zur exakten Steuerung der Ein- und Auslassventile ist dabei eine äußerst exakte, das heißt maßgenaue Fertigung der Nockenwelle von entscheidender Bedeutung. Wichtig ist dabei jedoch nicht nur, dass die Nockenwelle bei einem Erstausrüster exakt gefertigt und montiert wird, sondern dass diese auch in einem Wartungs- bzw. Reparaturfall vergleichsweise einfach demontiert und wieder montiert werden kann. Hierbei treten insbesondere immer wieder Schwierigkeiten beim exakten Positionieren der Funktionselemente auf, wobei nicht exakt positionierte Funktionselemente einen erheblichen Einfluss auf die Funktionsfähigkeit der Nockenwelle haben. Camshafts are the central control elements in internal combustion engines and actuate the intake and exhaust valves of the internal combustion engine via the cam arranged on the camshaft. To adjust certain inlet and outlet times, the angular positions of the individual cams relative to a crankshaft can optionally be adjusted, which is done via so-called phaser (adjusting devices). In addition to such phasers, further functional elements are arranged on such camshafts, such as, for example, an encoder wheel or a toothed wheel via which a chain operatively connected to the crankshaft of the internal combustion engine drives the camshaft. For the exact control of the intake and exhaust valves while a very precise, that is dimensionally accurate production of the camshaft is of crucial importance. However, it is not only important that the camshaft is exactly manufactured and assembled by an OEM, but that it can be relatively easily dismantled and reassembled even in a maintenance or repair case. In this case, in particular difficulties arise again and again in the exact positioning of the functional elements, wherein not exactly positioned functional elements have a considerable influence on the functionality of the camshaft.
Die vorliegende Erfindung beschäftigt sich daher mit dem Problem, für eine Nockenwelle der gattungsgemäßen Art eine verbesserte Ausführungsform anzugeben, die sich insbesondere durch eine einfache und zugleich äußerst exakte Montage auszeichnet. The present invention therefore deals with the problem of providing a camshaft of the generic type an improved embodiment, which is characterized in particular by a simple yet extremely accurate installation.
Dieses Problem wird erfindungsgemäß durch den Gegenstand des unabhängigen Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.This problem is solved according to the invention by the subject matter of
Die vorliegende Erfindung beruht auf dem allgemeinen Gedanken, ein aus anderen Fertigungsbereichen bereits vielfältig bekanntes Poka-Yoke-Prinzip nunmehr auch auf die Montage an Nockenwellen zu übertragen und für eine Positionierung eines Funktionselementes auf der Nockenwelle eine Formschlussverbindung vorzusehen, die einen Zusammenbau der Nockenwelle nur bei einer eindeutigen und exakten Relativlage des Funktionselementes zur Nockenwelle erlaubt. Aus diesem Grund ist an der Nockenwelle wenigstens ein Positionierelement vorgesehen, das fest mit der Nockenwelle verbunden ist und welches über einen Formschluss ein einfaches Ausrichten des zumindest eines Funktionselementes an der Nockenwelle sowohl in axialer Richtung als auch bezüglich einer Drehwinkellage erlaubt. Das Funktionselement wird somit im einfachsten Fall lediglich randseitig auf die Nockenwelle aufgesteckt und kann dabei seine endgültige Einbaulage nur dann erreichen, wenn es in exakter und vordefinierter Formschlusslage zum Positionierelement steht. Eine derartige Formschlusslage kann beispielsweise durch ein gegenseitiges Eingreifen einzelnen Positioniernasen bzw. Positionierausnehmungen erzwungen werden. Eine Falschmontage des Funktionselementes auf der Nockenwelle kann somit eindeutig ausgeschlossen werden. Im Vergleich zu bisher bekannten Verbindungen mittels eines Schrumpfsitzes bietet die erfindungsgemäße Nockenwelle den großen Vorteil, dass das Funktionselement beispielsweise bei einem Reparatur- oder Wartungsfall einfach von der Nockenwelle und in genau gleicher einfacher Weise wieder auf der Nockenwelle positioniert und ausgerichtet werden kann, ohne dass hierfür beispielsweise die gesamte Nockenwelle aus der Brennkraftmaschine ausgebaut werden müsste, beispielsweise um einen Schrumpfsitz zu lösen bzw. wieder zu befestigen. Durch die erfindungsgemäße Formschlussverbindung ist es zudem möglich, an diesem Funktionselement, beispielsweise einem Zahnrad, mehr Drehmoment zu übertragen, so dass beispielsweise auf eine weitere Verbindung, wie insbesondere einen Presssitz, verzichtet werden kann. Von weiterem großem Vorteil ist, dass an einem einmal ausgerichteten Funktionselement nunmehr auch weitere Funktionselemente ausgerichtet werden können, beispielsweise über entsprechende Ausrichtvorrichtungen, insbesondere Montageklammern. Eine feste Verbindung des Funktionselementes auf der Nockenwelle kann beispielsweise über eine Mutter erfolgen, die das jeweilige Funktionselement gegen das zugehörige Positionierelement verspannt und damit den Formschluss in einer unlösbaren Stellung fixiert. Zum Austausch des Funktionselementes muss nunmehr lediglich die Mutter gelöst werden, ohne dass beispielsweise die gesamte Nockenwelle aus Brennkraftmaschine ausgebaut werden müsste.The present invention is based on the general idea to transfer a already widely known from other manufacturing areas Poka-yoke principle now on the assembly of camshafts and provide for a positioning of a functional element on the camshaft a positive connection, the assembly of the camshaft only at a clear and exact relative position of the functional element allowed to the camshaft. For this reason, at least one positioning element is provided on the camshaft, which is fixedly connected to the camshaft and which allows a positive alignment of a simple alignment of the at least one functional element on the camshaft both in the axial direction and with respect to a rotational angular position. The functional element is thus attached in the simplest case only marginally on the camshaft and can thereby reach its final installation position only if it is in exact and predefined positive locking position for positioning. Such a form-fitting position can be forced, for example, by a mutual intervention individual positioning lugs or Positionierausnehmungen. A wrong assembly of the functional element on the camshaft can thus be clearly excluded. Compared to previously known compounds by means of a shrink fit, the camshaft according to the invention has the great advantage that the functional element can be easily positioned and aligned again on the camshaft, for example in a repair or maintenance case of the camshaft and in exactly the same simple manner without this For example, the entire camshaft from the internal combustion engine would have to be removed, for example, to solve a shrink fit or fasten again. The inventive positive connection, it is also possible to transmit more torque to this functional element, such as a gear, so that, for example, a further connection, such as in particular a press fit, can be dispensed with. Another great advantage is that on a once aligned functional element now also more functional elements can be aligned, for example via corresponding alignment devices, in particular mounting brackets. A fixed connection of the functional element on the camshaft can be done for example via a nut, which braces the respective functional element against the associated positioning and thus fixes the positive connection in a non-detachable position. To replace the functional element now only the mother has to be solved without, for example, the entire camshaft would have to be removed from the engine.
Bei einer vorteilhaften Weiterbildung der erfindungsgemäßen Lösung ist das Positionierelement als Ring mit einer axialen und/oder radialen Nase ausgebildet, die in eine entsprechende Ausnehmung am Funktionselement eingreift oder umgekehrt. Das ringförmige Positionierelement wird somit bezüglich seiner Nase in exakte Drehwinkelrelativlage zur Nockenwelle gebracht und anschließend mit der Nockenwelle fest verbunden, beispielsweise auf diese aufgeschrumpft. Die Montage des zugehörigen Funktionselementes kann nun in denkbar einfacher Weise erfolgen, da dieses lediglich auf die Nockenwelle aufgeschoben werden muss, bis die Nase des Positionierelements in eine entsprechende am Funktionselement angeordnete Ausnehmung formschlüssig eingreift. Anschließend kann das Funktionselement beispielsweise über eine Mutter festgezogen und fixiert werden. Selbstverständlich ist in einer alternativen Ausführungsform auch denkbar, dass eine entsprechende Nase am Funktionselement und eine entsprechende Ausnehmung am Positionierelement vorgesehen sind. Das Positionierelement bietet dabei sowohl einen Axialanschlag als auch eine Ausrichtemöglichkeit bezüglich einer Drehwinkellage des Funktionselementes relativ zur Nockenwelle. In an advantageous development of the solution according to the invention the positioning element is designed as a ring with an axial and / or radial nose, which engages in a corresponding recess on the functional element or vice versa. The annular positioning is thus brought with respect to its nose in exact rotational angle relative to the camshaft and then firmly connected to the camshaft, for example, shrunk onto this. The assembly of the associated functional element can now be done in the simplest possible way, since this only has to be pushed onto the camshaft until the nose of the positioning in a corresponding on Function element arranged recess engages positively. Subsequently, the functional element can be tightened and fixed, for example via a nut. Of course, in an alternative embodiment, it is also conceivable that a corresponding lug on the functional element and a corresponding recess on the positioning element are provided. The positioning element offers both an axial stop and an alignment possibility with respect to a rotational angle position of the functional element relative to the camshaft.
Zweckmäßig ist das Positionierelement ein Ring mit einem Freischliff, der mit einer entsprechenden Nase am Funktionselement zusammenwirkt. In diesem Fall muss nunmehr der Freischliff in eine exakte Drehwinkellage relativ zur Nockenwelle gebracht werden, bevor das Positionierelement fest mit der Nockenwelle verbunden, beispielsweise verklebt wird. Anschließend kann das Funktionselement wiederum in einfacher Weise in Axialrichtung auf die Nockenwelle aufgeschoben werden, bis die Nase des Funktionselementes in den positionierelementseitigen Freischliff eingreift. Ein Eingreifen kann dabei ausschließlich in einer einzigen Drehwinkelrelativlage erfolgen, so dass eine Falschmontage des Funktionselementes insbesondere hinsichtlich seiner Drehwinkellage, gänzlich ausgeschlossen werden kann. Suitably, the positioning element is a ring with a freischliff, which cooperates with a corresponding nose on the functional element. In this case, the clearance must now be brought into an exact rotational position relative to the camshaft, before the positioning element is firmly connected to the camshaft, for example glued. Subsequently, the functional element can in turn be pushed in a simple manner in the axial direction on the camshaft until the nose of the functional element engages in the positioning element-side free flute. An intervention can take place exclusively in a single angle of rotation relative position, so that a false assembly of the functional element, in particular with regard to its angular position, can be completely excluded.
Generell kann die Nase eine rechteckige, eine dreiecksförmige, eine achteckförmige oder eine kreissegmentartige Gestalt aufweisen. Bereits diese Aufzählung lässt erahnen, wie mannigfaltig die möglichen Ausführungsformen für derartige Nasen sind.In general, the nose may have a rectangular, a triangular, an octagonal or a circular segment-like shape. Already this list suggests how diverse the possible embodiments for such noses are.
Bei einer weiteren alternativen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Lösung ist das Positionierelement als Radialstift ausgebildet, der in die Nockenwelle eingesteckt ist. Ein derartiger Radialstift kann beispielsweise lediglich eine Seite der Nockenwelle durchstoßen, denkbar ist aber auch, dass der Radialstift die Nockenwelle vollständig quert und an zwei Seiten über einen Außendurchmesser der Nockenwelle übersteht. In diesem Fall wären zwei entsprechende Ausnehmungen am Funktionselement vorzusehen, wodurch wiederum eine eindeutige Axialausrichtung sowie eine eindeutige Ausrichtung hinsichtlich der Drehwinkellage möglich sind.In a further alternative embodiment of the solution according to the invention, the positioning element is designed as a radial pin which is inserted into the camshaft. Such a radial pin, for example, pierce only one side of the camshaft, but it is also conceivable that the radial pin completely crosses the camshaft and protrudes on two sides over an outer diameter of the camshaft. In this case, two corresponding recesses would be provided on the functional element, which in turn allows a clear axial orientation and a clear orientation with respect to the angular position.
Zweckmäßig ist das Positionierelement einstückig mit der Nockenwelle ausgebildet, insbesondere aus dieser ausgeformt. Neben einer in den vorherigen Absätzen erwähnten, separaten Ausführungsform des Positionierelementes, kann dieses beispielsweise auch einstückig mit der Nockenwelle ausgebildet und beispielsweise in einem Innenhochdruckumformprozess nach außen gedrückt werden. Die einstückige Ausbildung des Positionierelementes zusammen mit der Nockenwelle bietet den großen Vorteil, dass dieses zusammen mit der Nockenwelle in einem einzigen Verfahrensschritt hergestellt werden kann und somit auf eine weitere, separate Montage des Positionierelementes zusammen mit dem entsprechenden Ausrichten verzichtet werden kann. Suitably, the positioning element is integrally formed with the camshaft, in particular formed from this. In addition to a mentioned in the previous paragraphs, separate embodiment of the positioning element, this can for example be integrally formed with the camshaft and pressed, for example, in a hydroforming process to the outside. The one-piece design of the positioning together with the camshaft has the great advantage that this can be produced together with the camshaft in a single process step and thus can be dispensed with a further, separate mounting of the positioning together with the corresponding alignment.
Weitere wichtige Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, aus den Zeichnungen und aus der zugehörigen Figurenbeschreibung anhand der Zeichnungen.Other important features and advantages of the invention will become apparent from the dependent claims, from the drawings and from the associated figure description with reference to the drawings.
Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.It is understood that the features mentioned above and those yet to be explained below can be used not only in the particular combination given, but also in other combinations or in isolation, without departing from the scope of the present invention.
Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert, wobei sich gleiche Bezugszeichen auf gleiche oder ähnliche oder funktional gleiche Bauteile beziehen.Preferred embodiments of the invention are illustrated in the drawings and will be described in more detail in the following description, wherein like reference numerals refer to the same or similar or functionally identical components.
Dabei zeigen, jeweils schematisch,Show, in each case schematically,
Entsprechend den
Sind die entsprechenden Ausnehmungen
Betrachtet man die
Betrachtet man die
Betrachtet man die
Betrachtet man die
Generell können die Nasen
Die Mutter
Mit dem erfindungsgemäßen System, das heißt mit der erfindungsgemäßen Nockenwelle
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