DE102013216138A1

DE102013216138A1 - Lageranordnung in einem Motorgehäuse eines Verbrennungsmotors und Verfahren zu deren Herstellung

Info

Publication number: DE102013216138A1
Application number: DE102013216138.7A
Authority: DE
Inventors: Volker Wendt
Original assignee: SKF AB
Current assignee: SKF AB
Priority date: 2013-08-14
Filing date: 2013-08-14
Publication date: 2015-02-19
Also published as: US20150047585A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Lageranordnung in einem Motorgehäuse (1) eines Verbrennungsmotors, die eine Nockenwelle (2) drehbar lagert, wobei die Nockenwelle (2) an mindestens zwei Stellen mittels je eines Wälzlagers (3) gelagert ist, wobei das Wälzlager (3) mit einem Außenring (4) in mindestens einer Bohrung (5) im Motorgehäuse (1) angeordnet ist. Um eine problemlose Montage der Lageranordnung zu ermöglichen, sieht die Erfindung vor, dass sich von einer Umfangsstelle (6) der mindestens einen Bohrung (5) durch zumindest einen Teil des Motorgehäuses (1) bis zu einer Stelle (7) der Oberfläche (8) des Motorgehäuses (1) ein Spalt (9) erstreckt, wobei eine Schraubenbohrung (10) in dem Teil des Motorgehäuses (1) angeordnet ist, wobei die Schraubenbohrung (10) den Spalt (9) durchsetzt, wobei in einem Abschnitt (11) des Motorgehäuses (1), der durch den Spalt (9) abgetrennt ist, eine Gewindebohrung (12) angeordnet ist und wobei eine Schraube (13) in der Schraubenbohrung (10) angeordnet ist, um die beiden Abschnitte (11, 14), die durch den Spalt (9) voneinander getrennt sind, mittels der Schraube (13) zusammenzuziehen und/oder zu verspannen. Des weiteren betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung einer Lageranordnung in einem Motorgehäuse eines Verbrennungsmotors.

Description

Die Erfindung betrifft eine Lageranordnung in einem Motorgehäuse eines Verbrennungsmotors, die eine Nockenwelle drehbar lagert, wobei die Nockenwelle an mindestens zwei axial voneinander beabstandeten Stellen mittels je eines Wälzlagers gelagert ist, wobei das Wälzlager mit einem Außenring in mindestens einer Bohrung im Motorgehäuse angeordnet ist. Des weiteren betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung einer Lageranordnung in einem Motorgehäuse eines Verbrennungsmotors.
Lageranordnungen der genannten Art sind bekannt, um Nockenwellen in Motorengehäusen zu lagern. Zumeist ist vorgesehen, die Nockenwellen im Motorgehäuse in Gleitlagern zu lagern. Hierzu weist das Motorgehäuse entsprechend gefertigte Bohrungen auf, in der wellenartige Abschnitte der Nockenwelle eingebracht sind. Zwischen dem wellenartigen Abschnitt und der Bohrung muss eine Spielpassung vorliegen, um die Funktionalität der Gleitlagerung zu gewährleisten.
Aufgrund des funktional erforderlichen Spiel zwischen wellenartigem Abschnitt und Bohrung gestaltet sich auch die Montage der Nockenwelle in das Motorgehäuse relativ einfach.
Es besteht eine Zielrichtung dahingehend, die Ölpumpe des Verbrennungsmotors kleiner auszuführen; weiterhin soll die Reibung im Motor herabgesetzt werden. Unter dem Aspekt sind auch Wälzlagerungen für die Lagerung der Nockenwelle im Motorgehäuse interessant.
Problematisch ist hier folgendes: Für die Montage der Nockenwelle samt auf ihr angeordneten Wälzlagern ist es erforderlich, die Lager mit ihren Außenringen in die entsprechenden Aufnahmebohrungen im Motorgehäuse axial einzuschieben. Dies kann mit vernünftigem Aufwand nur erfolgen, wenn ein Schiebesitz zwischen der Aufnahmebohrung und dem Außenring des Wälzlagers vorliegt. Im Betrieb ist es indes wünschenswert bzw. notwendig, einen festen Sitz des Außenrings in der Aufnahmebohrung im Motorgehäuse zu haben. Ist dies nämlich nicht der Fall, kann es zu einem Ringwandern und so zu einem Materialabtrag in der Passung zwischen Ring und Bohrung kommen. Dies kann bis zum Bruch des Rings führen.
Demgemäß sind bei der Auslegung des Motorgehäuses und der Wälzlager Kompromisse einzugehen, so dass die Lösung nicht optimal sein kann.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Lageranordnung zur drehbaren Lagerung einer Nockenwelle in einem Motorgehäuse unter Einsatz von Wälzlagern so auszugestalten, dass einerseits die Montage der die Nockenwelle tragenden Wälzlager in das Motorgehäuse in einfacher Weise erfolgen kann, dass andererseits aber im Betrieb der Verbrennungsmotors sichergestellt ist, dass die Lageraußenringe der Wälzlager fest in der Bohrung liegen und sich nicht mitdrehen können.
Die Lösung dieser Aufgabe durch die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass sich von einer Umfangsstelle der mindestens einen Bohrung durch zumindest einen Teil des Motorgehäuses bis zu einer Stelle der Oberfläche des Motorgehäuses ein schlitzförmiger Spalt erstreckt, wobei mindestens eine Schraubenbohrung in dem Teil des Motorgehäuses angeordnet ist, wobei die Schraubenbohrung den schlitzförmigen Spalt durchsetzt, wobei in einem Abschnitt des Motorgehäuses, der durch den schlitzförmigen Spalt abgetrennt ist, eine Gewindebohrung angeordnet ist und wobei eine Schraube in der Schraubenbohrung angeordnet ist, um die beiden Abschnitte, die durch den schlitzförmigen Spalt voneinander getrennt sind, mittels der Schraube zusammenzuziehen und/oder zu verspannen, um den Außenring des Wälzlagers zu klemmen.
Bevorzugt verläuft der schlitzförmige Spalt radial ausgerichtet zur Bohrung.
Die Schraubenbohrung durchsetzt den schlitzförmigen Spalt bevorzugt so, dass die Achse der Schraubenbohrung senkrecht auf den sich gegenüberliegenden Begrenzungsflächen des schlitzförmigen Spalts steht.
Jedem Wälzlager zur Lagerung der Nockenwelle kann eine Schraube in einer korrespondierenden Schraubenbohrung zugeordnet sein.
Der Außenradius des Außenrings der Wälzlager ist dabei vorzugsweise größer als die größte radiale Erstreckung eines Nockens der Nockenwelle.
Die Schraube kann mit ihrem Schraubenkopf an einer Außenseite des Motorgehäuses aufliegen.
Als Wälzlager kommen bevorzugt Nadellager zum Einsatz.
Das Verfahren zur Herstellung einer Lageranordnung in einem Motorgehäuse eines Verbrennungsmotors, in dem eine Nockenwelle drehbar mittels der Lageranordnung angeordnet werden kann, wobei die Nockenwelle an mindestens zwei axial voneinander beabstandeten Stellen mittels je eines Wälzlagers gelagert werden kann, wobei das Wälzlager mit einem Außenring in einer Bohrung im Motorgehäuse angeordnet werden kann, zeichnet sich erfindungsgemäß durch die Schritte aus:

a) Einbringen der Bohrung in das Motorgehäuse, die zur Aufnahme des die Nockenwelle tragenden Wälzlagers vorgesehen ist;
b) Verbringung der Bohrung relativ zum Außendurchmesser des Wälzlagers auf eine Passung, die einen Schiebesitz zwischen dem Außenring des Wälzlagers und der Bohrung erlaubt;
c) Einbringung einer Schraubenbohrung in einen Teil des Motorgehäuses, der zwischen einer Umfangsstelle der Bohrung und einer Stelle der Oberfläche des Motorgehäuses liegt, wobei die Achse der Schraubenbohrung und die Achse der Bohrung windschief zueinander verlaufen;
d) Einbringung einer Gewindebohrung in einen Abschnitt der Schraubenbohrung;
e) Einbringen eines schlitzförmigen Spalts in das Motorgehäuse, der sich von der Umfangsstelle der Bohrung durch zumindest einen Teil des Motorgehäuses bis zu der Stelle der Oberfläche des Motorgehäuses erstreckt;
f) Montieren der die Nockenwelle tragenden Wälzlager, so dass sich die Außenringe der Wälzlager in der Bohrungen befindet;
g) Einbauen einer Schraube in die Schraubenbohrung und Festziehen der Schraube, um den Außenring des Wälzlagers zu klemmen.

Bevorzugt ist vorgesehen, dass das Einbringen des schlitzförmigen Spalts mittels eines Scheibenfräsers erfolgt.
Das Einbringen der Bohrung in das Motorgehäuse kann indes – abgesehen von einer spanenden Nachbearbeitung – durch Urformen erfolgen.
Mit der vorgeschlagenen Anordnung bzw. Verfahrensweise wird es möglich, zum Einbau der Nockenwelle samt vormontierten Wälzlagern einen leichtgängigen Schiebesitz zur Verfügung zu haben, so dass die Montage problemlos erfolgen kann. Befinden sich dann die die Nockenwelle tragenden Wälzlager in der Montageendposition, wird deren Außenring durch Festziehen der Schraube fest im Motorgehäuse festgelegt, so dass ein Wandern des Rings ausgeschlossen ist.
In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Es zeigen:
1 die Seitenansicht eines Teils einer Nockenwelle,
2 einen Ausschnitt eines Motogehäuses eines Verbrennungsmotors, wobei der Bereich dargestellt ist, in den die Lagerung der Nockenwelle eingebracht wird, gesehen in Richtung der Achse der Nockenwelle und dargestellt in einem ersten Herstellungsstadium,
3 in der Darstellung gemäß 2 den Ausschnitt des Motogehäuses, dargestellt in einem zweiten Herstellungsstadium,
4 in der Darstellung gemäß 2 den Ausschnitt des Motogehäuses, dargestellt in einem dritten Herstellungsstadium, und
5 in der Darstellung gemäß 2 den Ausschnitt des Motogehäuses, dargestellt im fertig montierten Stadium.
In 1 ist eine Nockenwelle 2 zu sehen, die in dem später gezeigten Motorgehäuse drehbar eingebaut ist, wozu die erfindungsgemäße Lageranordnung dient. Um die Nockenwelle im Motorgehäuse drehen zu können, sind mindestens zwei Wälzlager 3 auf der Nockenwelle 2 vormontiert, mit denen wellenartige Abschnitte der Nockenwelle 2 gelagert werden. Zu erkennen sind die Außenringe 4 der Wälzlager 3; bei den Wälzlagern 3 handelt es sich weitgehend um übliche Lager, bevorzugt um Nadellager.
Bei der Rotation der Nockenwelle 2 werden die Nocken 18 in bekannter Weise gedreht, um Gaswechselventils des Verbrennungsmotors – wie benötigt – zu steuern.
Die Herstellung des Motorgehäuses 1 sowie der Einbau der Nockenwelle 2 samt Wälzlagern 3 in das Motorgehäuse 1 geht aus den 2 bis 5 hervor. Dargestellt sind vier verschiedene Fertigungsstadien. In 2 ist das lediglich gegossene Motorgehäuse 1 zu sehen, das – wie in den 3 und 4 zu sehen – weiter bearbeitet wird. In 5 ist die fertig in das Motorgehäuse eingebaute Nockenwelle 2 zu sehen. Dargestellt ist jeweils der hier interessante Ausschnitt aus dem Motorgehäuse 1, gesehen in Richtung der Drehachse der Nockenwelle 2; die Drehachse der Nockenwelle 2 steht also senkrecht auf der Zeichenebene.
Gemäß 2 ist in das Motorgehäuse 1 eine Bohrung 5 eingearbeitet. Die Bohrung kann durch Urformen (Gießen) vorgeformt sein. Anschließend wird die Bohrung durch Bohren auf den gewünschten Nenndurchmesser gebracht. Ist dies erfolgt, wird die Bohrung 5 auf eine Passung gebracht, die es dem Lageraußenring 4 später ermöglicht, axial in der Bohrung 5 verschoben zu werden. Beispielsweise wird die Bohrung 5 hierzu mit der Toleranz H7 versehen.
Im nächsten Arbeitsschritt wird – gemäß 3 – unterhalb der Bohrung 4 eine Schraubenbohrung 10 eingebracht. Die Achse 15 der Schraubenbohrung 10 verläuft im allgemeinen windschief zur Drehachse der Nockenwelle 2 (d. h. die Achse 15 der Schraubenbohrung und die der Nockenwelle sind nicht parallel und schneiden sich nicht). Bevorzugt trifft die Achse 15 – um einen gewissen Abstand versetzt – senkrecht auf die Drehachse der Nockenwelle, wie es in 3 ersichtlich ist. Ein Teil der Schraubenbohrung 10 wird mit kleinerem Durchmesser ausgeführt; in diesen Bereich wird eine Gewindebohrung 12 eingebracht.
Die Gewindebohrung 12 erstreckt sich dabei in einem ersten Abschnitt 11 des Motorgehäuses 1, während der nicht mit Gewinde versehene Abschnitt der Schraubenbohrung 10 in einem zweiten Abschnitt 14 des Motorgehäuses 1 verläuft. Wie zu erkennen ist, teilt der radial nach unten verlängerte Radius der Bohrung 5 die beiden Abschnitte 11 und 14.
Im nächsten Arbeitsschritt wird, wie in 4 zu sehen, von einer Umfangsstelle 6 der Bohrung 5 jedenfalls durch einen Teil des Motorgehäuses 1 bis zu einer Stelle 7 der Oberfläche 8 des Motorgehäuses 1 ein schlitzförmiger Spalt 9 eingefräst, bevorzugt mit einem Scheibenfräser. Der Spalt 9 trennt die beiden Abschnitte 11 und 14.
Der Spalt 9 wird durch zwei Wandungen begrenzt, die die Begrenzungsflächen 16 und 17 aufweisen, die sich gegenüberliegen.
Die Schraubenbohrung 10 durchsetzt den schlitzförmigen Spalt 9 im Ausführungsbeispiel senkrecht.
Nunmehr wird die Nockenwelle 2 samt auf ihr vormontierter Wälzlager 3 in die Bohrung 5 eingeschoben. Aufgrund des Schiebesitzes zwischen Außenring 4 und Bohrung 5 kann dies in einfacher Weise erfolgen. Befinden sich die Nockenwelle 2 und damit auch die Wälzlager 3 in der richtigen axialen Position, wird in die Schraubenbohrung 10 eine Schraube 13 eingeschoben und mittels der Gewindebohrung 12 festgezogen.
Der Schraubenkopf 19 wird hierbei gegen die Außenseite 20 des Motorgehäuses 1 gezogen. Durch die Schraube 13 wird der Abschnitt 11 des Motorgehäuses 1 gegen den Abschnitt 14 des Motorgehäuses 1 gezogen, so dass der Außenring 4 des Wälzlagers 3 geklemmt wird und sich nicht mehr bewegen kann.
Damit ist sichergestellt, dass ein Wandern des Außenrings 4 des Wälzlagers 3 im Betrieb des Verbrennungsmotors ausgeschlossen ist.
Bezugszeichenliste

1: Motorgehäuse
2: Nockenwelle
3: Wälzlager
4: Außenring
5: Bohrung
6: Umfangsstelle
7: Stelle der Oberfläche
8: Oberfläche des Motorgehäuses
9: schlitzförmiger Spalt
10: Schraubenbohrung
11: Abschnitt des Motorgehäuses
12: Gewindebohrung
13: Schraube
14: Abschnitt des Motorgehäuses
15: Achse der Schraubenbohrung
16: Begrenzungsfläche
17: Begrenzungsfläche
18: Nocken
19: Schraubenkopf
20: Außenseite des Motorgehäuses

Claims

Lageranordnung in einem Motorgehäuse (1) eines Verbrennungsmotors, die eine Nockenwelle (2) drehbar lagert, wobei die Nockenwelle (2) an mindestens zwei axial voneinander beabstandeten Stellen mittels je eines Wälzlagers (3) gelagert ist, wobei das Wälzlager (3) mit einem Außenring (4) in mindestens einer Bohrung (5) im Motorgehäuse (1) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass sich von einer Umfangsstelle (6) der mindestens einen Bohrung (5) durch zumindest einen Teil des Motorgehäuses (1) bis zu einer Stelle (7) der Oberfläche (8) des Motorgehäuses (1) ein schlitzförmiger Spalt (9) erstreckt, wobei mindestens eine Schraubenbohrung (10) in dem Teil des Motorgehäuses (1) angeordnet ist, wobei die Schraubenbohrung (10) den schlitzförmigen Spalt (9) durchsetzt, wobei in einem Abschnitt (11) des Motorgehäuses (1), der durch den schlitzförmigen Spalt (9) abgetrennt ist, eine Gewindebohrung (12) angeordnet ist und wobei eine Schraube (13) in der Schraubenbohrung (10) angeordnet ist, um die beiden Abschnitte (11, 14), die durch den schlitzförmigen Spalt (9) voneinander getrennt sind, mittels der Schraube (13) zusammenzuziehen und/oder zu verspannen, um den Außenring (4) des Wälzlagers (3) zu klemmen.
Lageranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der schlitzförmige Spalt (9) radial ausgerichtet zur Bohrung (5) verläuft.
Lageranordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Schraubenbohrung (10) den schlitzförmigen Spalt (9) so durchsetzt, dass die Achse (15) der Schraubenbohrung (10) senkrecht auf den sich gegenüberliegenden Begrenzungsflächen (16, 17) des schlitzförmigen Spalts (9) steht.
Lageranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass jedem Wälzlager (3) zur Lagerung der Nockenwelle (2) eine Schraube (13) in einer korrespondierenden Schraubenbohrung (10) zugeordnet ist.
Lageranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Außenradius des Außenrings (4) der Wälzlager (3) größer ist als die größte radiale Erstreckung eines Nockens (18) der Nockenwelle (2).
Lageranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Schraube (13) mit ihrem Schraubenkopf (19) an einer Außenseite (20) des Motorgehäuses (1) aufliegt.
Lageranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Wälzlager (3) Nadellager sind.
Verfahren zur Herstellung einer Lageranordnung in einem Motorgehäuse (1) eines Verbrennungsmotors, in dem eine Nockenwelle (2) drehbar mittels der Lageranordnung angeordnet werden kann, wobei die Nockenwelle (2) an mindestens zwei axial voneinander beabstandeten Stellen mittels je eines Wälzlagers (3) gelagert werden kann, wobei das Wälzlager (3) mit einem Außenring (4) in einer Bohrung (5) im Motorgehäuse (1) angeordnet werden kann, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren die Schritte aufweist: a) Einbringen der Bohrung (5) in das Motorgehäuse (1), die zur Aufnahme des die Nockenwelle tragenden Wälzlagers (3) vorgesehen ist; b) Verbringung der Bohrung (5) relativ zum Außendurchmesser des Wälzlagers (3) auf eine Passung, die einen Schiebesitz zwischen dem Außenring (4) des Wälzlagers (3) und der Bohrung (5) erlaubt; c) Einbringung einer Schraubenbohrung (10) in einen Teil des Motorgehäuses (1), der zwischen einer Umfangsstelle (6) der Bohrung (5) und einer Stelle (7) der Oberfläche (8) des Motorgehäuses (1) liegt, wobei die Achse der Schraubenbohrung (10) und die Achse der Bohrung (5) windschief zueinander verlaufen; d) Einbringung einer Gewindebohrung (12) in einen Abschnitt der Schraubenbohrung (10); e) Einbringen eines schlitzförmigen Spalts (9) in das Motorgehäuse (1), der sich von der Umfangsstelle (6) der Bohrung (5) durch zumindest einen Teil des Motorgehäuses (1) bis zu der Stelle (7) der Oberfläche (8) des Motorgehäuses (1) erstreckt; f) Montieren der die Nockenwelle (2) tragenden Wälzlager (3), so dass sich die Außenringe (4) der Wälzlager (3) in der Bohrungen (4) befindet; g) Einbauen einer Schraube (13) in die Schraubenbohrung (10) und Festziehen der Schraube (13), um den Außenring (4) des Wälzlagers (3) zu klemmen.
Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Einbringen des schlitzförmigen Spalts (9) mittels eines Scheibenfräsers erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Einbringen der Bohrung (5) in das Motorgehäuse (1) abgesehen von einer spanenden Nachbearbeitung durch Urformen erfolgt.