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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Einstelllehre zum Ausrichten
eines Zylinderkopfes eines Verbrennungsmotors, insbesondere eines
Großdieselmotors.
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Aus
der
DE 103 32 226
A1 ist ein Großdieselmotor bekannt. Der Großdieselmotor
weist einen Zylinder auf, der in einer in das Motorgestell eingesetzten
Zylinderbüchse aufgenommen ist. Auf der Zylinderbüchse
ist ein Zylinderkopf befestigt.
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Aus
der
DE 32 10 377 A1 ist
ein Verfahren zur Positionierung einer Zylinderkopfdichtung bekannt.
Dabei wird die Zylinderkopfdichtung zunächst auf den Zylinderblock
aufgelegt. Anschließend wird diese mittels einer Zentriervorrichtung
zu den Zylinderbohrungen des Zylinderblockes ausrichtend zentriert.
Dann wird die Zylinderkopfdichtung bis zur Befestigung des Zylinderkopfes
auf dem Zylinderblock festgelegt.
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Insbesondere
Großdieselmotoren sind häufig derart ausgebildet,
dass für jeden Zylinder ein separater Zylinderkopf vorgesehen
ist. Der Zylinderkopf kann bei der Montage koaxial zu einer Zylinderachse in
verschiedenen Drehstellungen ausgerichtet sein. An dem Zylindergehäuse
sind in der Regel auch weitere Bauteile, insbesondere Abgasleitungen
oder Abgassammelleitungen und/oder Luftleitungen, insbesondere Ladeluftleitungen
angeordnet. Dabei ist die Ausrichtung von Zylinderköpfen
und solchen Bauteilen relativ zueinander problematisch. Wenn ein
Zylinderkopf und/oder ein Bezugsbauteil mit montage- oder fertigungsbedingter
Toleranz am Zylindergehäuse festgelegt wird, kann die Ausrichtung
zwischen Zylinderkopf und Bezugsbauteil ungenau werden.
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Zylinderköpfe
werden bisher, wenn überhaupt, über Führungsstifte
zu angrenzenden Bauteilen ausgerichtet. Dabei ergeben sich häufig
Ungenauigkeiten in der Ausrichtung, die bislang nachteilig mit Kompensatoren
ausgeglichen werden müssen. Derartige Kompensatoren sind
beispielsweise aus der
EP
0 145 020 A2 bekannt. Ein solcher Kompensator dient zum Überbrücken
von zwei sich mit Abstand gegenüberstehenden Leitungsenden.
Der Kompensator ist biegsam, so dass ein Axialversatz bei zu verbindenden
Leitungsenden kein Montagehindernis darstellt.
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Es
ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein verbessertes Ausrichten
eines Zylinderkopfes zu ermöglichen.
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Die
der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe wird durch ein Verfahren
nach Anspruch 1 zum Ausrichten wenigstens eines Zylinderkopfes,
welcher auf einem Zylindergehäuse befestigt wird, und eines Bezugsbauteil
relativ zueinander gelöst, wobei das Verfahren die folgenden
Verfahrensschritte umfasst:
- – Befestigen
einer Einstelllehre an einem der zueinander auszurichtenden Bauteile,
nämlich dem Zylinderkopf oder dem Bezugsbauteil;
- – Ansetzen von Ausrichtmitteln der Einstelllehre unmittelbar
oder mittelbar an dem anderen der zueinander auszurichtenden Bauteile,
nämlich dem Bezugsbauteil bzw. dem Zylinderkopf;
- – Betätigen der Ausrichtmittel; und
- – Festlegen des Zylinderkopfes am Zylindergehäuse.
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Die
Einstelllehre kann vorteilhaft ein einfach herzustellendes Werkzeug
sein. Dieses kann ohne das Einhalten genauerer Toleranzen am Zylinderkopf bzw.
an den angrenzenden Bauteilen montiert werden. Durch die Funktionsweise
der Ausrichtung mittels den Ausrichtungsmitteln kann die Einstelllehre insbesondere
auch an Rohgusskonturen angesetzt werden. Durch die erfindungsgemäße
Ausrichtung der zueinander auszurichtenden Bauteile kann vorzugsweise
auf einen Kompensator verzichtet werden. Insofern können
zueinander auszurichtende Bauteile in einem nahen Abstand zueinander
montiert werden, was sich wiederum in kleineren Bauteilabmessungen
auswirken kann. Das Ausrichten kann gemäß einer
Ausführung der vorliegenden Erfindung vorteilhaft auch
ohne sogenannte Stick-Slip-Effekte, also eine Mischung aus Haft-
und Gleitreibung, die zu ruckartigen Bewegungen führen
kann, durchgeführt werden.
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Vorzugsweise
bewirken die Ausrichtmittel eine Kraftübersetzung. Insbesondere
kann die auf die Ausrichtmittel aufgebrachte Kraft dabei durch die Ausrichtmittel
vergrößert werden. Hierdurch kann das Ausrichten
der zueinander auszurichtenden Bauteile besonders ergonomisch erfolgen,
da die durch den Anwender aufgebrachte Kraft verstärkt
wird.
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Vorzugsweise
wird die Einstelllehre auf einem der auszurichtenden Bauteile lösbar
befestigt, insbesondere festgeschraubt, -geklemmt oder -gesteckt.
An dem anderen der zueinander auszurichtenden Bauteile stützen
sich die Ausrichtmittel vorzugsweise form- und/oder reibschlüssig
ab.
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Vorzugsweise
wird die Einstelllehre auf dem Zylinderkopf befestigt und die Ausrichtmittel
werden vorzugsweise an dem Bezugsbauteil angesetzt.
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Vorzugsweise
sind wenigstens zwei Ausrichtmittel vorgesehen. Dies kann einer
feineren Ausrichtung dienlich sein oder eine Ausrichtung der Winkellage
ermöglichen.
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Die
Einstelllehre kann vorzugsweise frei, d. h. in beliebiger Lage und/oder
Orientierung an dem einen der zueinander auszurichtenden Bauteil
befestigt werden. Dann sind insbesondere keine vorgegebenen Befestigungspunkte
vorgesehen. Die Einstelllehre kann dabei insbesondere stoffschlüssig
oder kraftschlüssig mit dem anderen Bauteil verbunden werden.
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Alternativ
kann die Einstelllehre in einer oder verschiedenen vorgegebenen
Lagen bzw. Orientierungen, insbesondere an vorgegebenen Befestigungspunkten,
an dem einen der zueinander auszurichtenden Bauteile befestigt werden.
Vorgegebene Befestigungspunkte können dabei insbesondere durch
Bohrungen, insbesondere Gewindebohrungen, definiert werden. Die
Befestigung erfolgt dann vorzugsweise durch Verschrauben, Einstecken,
Verrasten oder dergleichen.
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Die
Einstelllehre ist vorzugsweise zusammen mit dem Zylinderkopf oder
auf dem Zylinderkopf verdrehbar, insbesondere um eine Zylinderachse. Durch
die Verdrehbarkeit kann insbesondere eine Ausrichtung auch um eine
Drehachse herum erfolgen.
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Vorzugsweise
kann ein Ausrichtmittel eine translatorische Bewegung vollziehen.
Die translatorische Bewegung kann ein Ausrichten der zueinander auszurichtenden
Bauteile in translatorischer Richtung bewirken. Durch entsprechende Übersetzung der
translatorischen Bewegung oder das Zusammenwirken mehrerer, vorzugsweise
paralleler Ausrichtmittel kann auch eine rotatorische Ausrichtung
bewirkt werden.
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Vorzugsweise
ist ein Ausrichtmittel durch eine Einstellschraube gebildet, welche
in ein Gewinde, insbesondere ein Gewinde der Einstelllehre, eingeschraubt
ist. Das Betätigen der Ausrichtmittel kann durch Verdrehen
der Einstellschraube vorgenommen werden. Die Einstellschraube kann
dabei die aufgebrachte Kraft, beispielsweise nach der Art eines Schneckengetriebes, übersetzen.
Dabei kann ein geringer Kraftaufwand eine große Einstellkraft
bewirken und zugleich ein feines Ausrichten der zueinander auszurichtenden
Bauteile begünstigen.
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Vorzugsweise
kann an den Ausrichtmitteln oder zwischen den Ausrichtmitteln und
dem Bezugsbauteil eine Abstützplatte angeordnet werden.
Die Abstützplatte kann insbesondere dazu dienen, dass sich
die Ausrichtmittel an einer definierten, belastbaren Fläche
abstützen können. Dies ist insbesondere von Vorteil,
wenn eines der zueinander auszurichtenden Bauteile eine unebene
Kontur aufweist, welche für die Abstützung der
Ausrichtmittel ungeeignet ist.
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Nach
dem Betätigen der Ausrichtmittel kann der Zylinderkopf
am Zylindergehäuse befestigt, insbesondere angeschraubt
werden. Die ausgerichtete Position des Zylinderkopfs wird dadurch
festgelegt.
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Nach
dem Ausrichten zweier Bauteile zueinander kann eine weitere Ausrichtung
vorgenommen werden. Dabei kann insbesondere ein weiteres Bezugsbauteil
gegenüber dem Zylinderkopf ausgerichtet werden. Alternativ
kann der Zylinderkopf auch gegenüber unterschiedlichen
Bezugsbauteilen ausgerichtet werden. Dies ist insbesondere dann
von Vorteil, wenn der Zylinderkopf an den unterschiedlichen Bezugsbauteilen
jeweils bezüglich eines bestimmten Freiheitsgrades ausgerichtet
werden soll. So kann der Zylinderkopf beispielsweise gegenüber
einem ersten Bezugsbauteil bezüglich seiner Orientierung ausgerichtet
werden, während der Zylinderkopf gegenüber einem
zweiten Bezugsbauteil bezüglich seiner Lage ausgerichtet
wird.
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Der
Verbleib der Einstelllehre am Zylinderkopf ist in der Regel nicht
vorgesehen, sie wird normalerweise nach Montage des Zylinderkopfes
demontiert. Es ist jedoch vorstellbar, dass wird nach dem Betätigen
der Ausrichtmittel die Einstelllehre gemeinsam mit dem Zylinderkopf
am Zylindergehäuse festgelegt, insbesondere festgeschraubt
wird. Dies kann dadurch erfolgen, dass der Zylinderkopf, an dem
die Einstelllehre befestigt ist, fest mit dem Zylindergehäuse
verbunden wird. Dadurch wird auch die Einstelllehre zumindest mittelbar
fest an das Zylindergehäuse angeschlossen. Ferner kann
auch mittels anderer Befestigungsmittel, insbesondere mittels zumindest
eines Zugankers, die Einstelllehre unmittelbar fest mit dem Zylindergehäuse
verbunden werden. Dabei verbleibt die Einstelllehre am Zylinderkopf und
steht vorzugsweise bei Wartungsarbeiten ohne weiteren Montageaufwand
direkt wieder zur Verfügung. Korrekturen an der Ausrichtung
können jederzeit ohne Montageaufwand durchgeführt
werden. Zu demselben Zweck kann die Einstelllehre auch unlösbar
auf einem der auszurichtenden Bauteile befestigt, insbesondere mit
diesem verschweißt, verklebt oder vernietet werden.
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Alternativ
kann nach dem Betätigen der Ausrichtmittel die Einstelllehre
von dem Zylinderkopf gelöst werden. Die Einstelllehre kann
dann für weitere Ausrichtvorgänge an anderen Zylinderköpfen
verwendet werden. Ferner wird unnötiges Gewicht am Zylinderkopf
vermieden.
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Die
der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe wird ferner gelöst
durch eine Einstelllehre, insbesondere zum Durchführen
des vorstehend erläuterten Verfahrens, wobei die Einstelllehre
einen Befestigungsabschnitt aufweist, der zur Befestigung der Einstelllehre
an einem der zueinander auszurichtenden Bauteile, nämlich
Zylinderkopf oder Bezugsbauteil, dient und die Einstelllehre einen
Ausrichtabschnitt mit Ausrichtmitteln aufweist. Es ergeben sich die
zum Verfahren bereits genannten Vorteile.
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Der
Befestigungsabschnitt weist in einer bevorzugten Ausführung
zumindest eine, insbesondere zwei Befestigungsbohrungen auf, durch
welche Befestigungsschrauben geführt werden können.
Durch die Befestigungsschrauben kann die Einstelllehre mit einem
der zueinander auszurichtenden Bauteile fest verbunden werden. Vorzugsweise
sind wenigstens zwei Befestigungsbohrungen vorgesehen, deren Achsen
in einem vorgegebenen Winkel, insbesondere parallel zueinander angeordnet
sind.
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Vorzugsweise
weist der Ausrichtabschnitt zumindest eine, insbesondere zwei oder
mehrere Gewindebohrungen auf, durch die Einstellschrauben hindurchgeführt
sind.
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Vorzugsweise
weist der Ausrichtabschnitt zwei Gewindebohrungen auf, deren Achsen
in einem vorgegebenen Winkelbereich, insbesondere parallel zueinander
angeordnet sind.
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Vorzugsweise
ist die Achse einer Gewindebohrung um einen vorgegebenen Winkel
zur Achse einer Befestigungsbohrung ausgerichtet. Translatorische
Bewegungen entlang der Achse der Gewindebohrungen können
damit in rotatorische Bewegungen um die Achse der Befestigungsbohrungen übersetzt
werden.
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Vorzugsweise
beträgt ein Winkel zwischen der Achse einer Gewindebohrung
und der Achse einer Befestigungsbohrung zumindest 60° insbesondere
zumindest 80°, insbesondere in etwa 90°.
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Vorzugsweise
weist die Einstelllehre zumindest eine Ankerbohrung auf, um die
Zugankerbohrung am Zylinderkopf nicht zu verbauen.
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Weitere
Vorteile und Merkmale ergeben sich aus den Unteransprüchen
und den Ausführungsbeispielen. Hierzu zeigt, teilweise
schematisiert:
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1:
ausschnittsweise einen Großdieselmotor in perspektivischer
Ansicht; und
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2:
ausschnittsweise den Großdieselmotor aus 1 in
Draufsicht.
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Die 1 und 2 werden
nachfolgend gemeinsam beschrieben. Es ist ausschnittsweise ein Großdieselmotor 1 zu
erkennen, der ein Zylindergehäuse 2 aufweist.
Das Zylindergehäuse 2 weist eine Vielzahl von
Zylinderbohrungen 19 auf, deren Öffnungen 13 sich
an einer Oberseite des Zylindergehäuses 2 befinden.
Auf jeweils einer Zylinderbohrung 19 ist ein Zylinderkopf 3 aufgesetzt.
Der Zylinderkopf 3 kann in verschiedenen Drehstellungen
koaxial zu einer Zylinderachse Z der Zylinderbohrung 19 ausgerichtet
sein. Mittels Zugankern 10, von denen insgesamt vier Stück
umfangsverteilt um den Zylinderkopf 3 angeordnet sind,
kann der Zylinderkopf 3 auf dem Zylindergehäuse 2 befestigt
werden.
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Es
ist ein Bezugsbauteil 5 zu erkennen. Das Bezugsbauteil 5 kann
beispielsweise ein Ladeluftverteiler oder ein Abgassammler sein.
Es kann auch ein Bauteil sein, welches die Funktion beider vorgenannter
Bauteile übernimmt. Es ist zu erkennen, dass ein Auslasskanal 12 des
Zylinderkopfs 3 mit einem Stutzen 21 des Bezugsbauteils 5 verbunden
sind. Durch den Zylinderkopf 3 verdeckt ist ferner ein
Einlasskanal 11 mit einem weiteren Stutzen des Bezugsbauteils 5 verbunden.
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Um
die Kanäle 11, 12 auf die Stutzen 21 auszurichten,
muss der Zylinderkopf 3 relativ zu dem Bezugsbauteil 5 ausgerichtet
werden.
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Zur
Ausrichtung des Zylinderkopfes an dem Zylindergehäuse gegenüber
dem Bezugsbauteil 5 wird zunächst eine Einstelllehre 6 an
dem Zylinderkopf 3 befestigt. Die Einstelllehre 6 ist
ein z. Bsp. gegossenes Werkstück, welches einen Befestigungsabschnitt 14 und
einen Ausrichtabschnitt 15 aufweist.
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Der
Befestigungsabschnitt 14 dient zur Befestigung der Einstelllehre
an dem Zylinderkopf 3. Dafür weist der Befestigungsabschnitt 14 mehrere Befestigungsbohrungen 16 auf,
durch die Befestigungsschrauben 9 hindurchgeführt
werden können, wobei in 1 zur besseren Übersichtlichkeit
nur eine der identisch ausgeführten Befestigungsschrauben
bzw. Bohrungen 9, 16 dargestellt ist. Die Befestigungsschraube 9 wird
in einer nicht dargestellten Gewindebohrung des Zylinderkopfs festgeschraubt. Eine
weitere Befestigungsbohrung ist durch eine Ankerbohrung 18 dargestellt.
Die sie durchgreifende Befestigungsschraube ist im vorliegenden
Fall durch einen Zuganker 10 dargestellt. Die Befestigungsbohrungen 16, 18 weisen
jeweils eine Achse B auf, wobei die Achsen B der Befestigungsbohrungen 16, 18 zueinander
parallel ausgerichtet sind.
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Der
Ausrichtabschnitt 15 dient zum Zusammenwirken mit Ausrichtmitteln 7.
Der Ausrichtabschnitt 15 ist im vorliegenden Fall in Form
zweier winklig um einen Winkel β zum Befestigungsabschnitt 14 hervorstehenden
Ansätzen 20 ausgestaltet. Jeder der Ansätze 20 weist
jeweils eine Gewindebohrung 17 auf. Jede der Gewindebohrungen 17 weist
eine Achse G auf, wobei die Achsen G sämtlicher Gewindebohrungen 17 parallel
zueinander ausgerichtet sind. In den Gewindebohrungen 17 ist
jeweils eine Einstellschraube 7 eingeschraubt. Diese Einstellschrauben 17 werden
an einer Bezugsfläche 4 des Bezugsbauteils 5 angesetzt,
indem die Einstellschrauben 7 solange in die Gewindebohrungen 17 eingeschraubt
werden, bis sich die Einstellschrauben 7 auf der Bezugsfläche 4 abstützen.
Im vorliegenden Fall ist jedoch zwischen der Bezugsfläche 4 und
den Ansätzen 20 der Einstelllehre 6 jeweils
eine Abstützplatte 8, angeordnet. Insofern können
sich die Einstellschrauben 7 lediglich mittelbar, nämlich über
die Abstützplatte 8 an der Bezugsfläche 4 des
Bezugsbauteils 5 abstützen.
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Die
Achsen G der Gewindebohrungen sind winklig um den Winkel α zu
den Achsen B der Befestigungsbohrungen ausgerichtet. Die Achsen
B der Befestigungsbohrungen sind, wenn die Einstelllehre 6 auf
dem Zylinderkopf 3 befestigt ist, parallel zur Zylinderachse
Z ausgerichtet. Es ist zu erkennen, dass eine ungleichmäßige
Verdrehung der Einstellschrauben 7, insbesondere eine gegensinnige
Verdrehung beider Einstellschrauben 7 oder ein Verdrehen
lediglich einer Einstellschraube 7, eine rotatorische Bewegung
des Zylinderkopfs 3 um die Zylinderachse Z bewirken kann.
Durch das Betätigen der Ausrichtmittel in Form der Einstellschrauben 7 kann
somit der Zylinderkopf rotatorisch zum Bezugsbauteil ausgerichtet werden.
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Nachdem
der Zylinderkopf 3 in korrekter Ausrichtung zum Bezugsbauteil 5 gebracht
wurde, werden die Zuganker 10 festgezogen, so dass der Zylinderkopf 3 fest
auf dem Zylindergehäuse 2 angeordnet ist.
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In
einer alternativen Ausführungsform kann die Einstelllehre 6 auch
nach dem Befestigungsvorgang von dem Zylinderkopf entfernt werden.
Dann kann die Einstelllehre 6 zur Ausrichtung weiterer
Zylinderköpfen 3 verwendet werden.
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Durch
Einschrauben der Befestigungsschrauben 9 in andere, nicht
dargestellte Gewindebohrungen des Zylinderkopfs kann dieselbe Einstellehre 6 auch
in einer anderen vorgegebenen Position an dem Zylinderkopf 3 befestigt
werden und so zur Ausrichtung relativ zu einem anderen Bezugsbauteil dienen.
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Im
vorliegenden Fall wird der Zylinderkopf 3 gegenüber
dem Bezugsbauteil 5 ausgerichtet. Es ist in einer alternativen
Ausführung auch denkbar, dass das Bezugsbauteil 5 gegenüber
dem Zylinderkopf 3 ausgerichtet wird. Ferner ist es möglich,
dass in einer alternativen Ausführung die Befestigungsschrauben 9 an
dem Bezugsbauteil 5 befestigt werden und die Ausrichtmittel
an dem Zylinderkopf angesetzt werden.
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Durch
die Einstellbarkeit der Ausrichtmittel, im Ausführungsbeispiel
der Einstellschrauben 7, kommt der Ausrichtung der Einstellehre 6 auf
dem Zylinderkopf 3 keine Bedeutung zu, da Abweichungen
von einer vorgegebenen Position durch entsprechend weiteres Heraus-
oder Hineindrehen einer oder beider Einstellschrauben 7 kompensiert
werden können. Somit können die Einstelllehre 6 sowie ihre Aufnahme 16, 18 am
Zylinderkopf vorteilhaft mit großen Toleranzen hergestellt
werden.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Motor
- 2
- Zylindergehäuse
- 3
- Zylinderkopf
- 4
- Bezugsfläche
- 5
- Bezugsbauteil
- 6
- Einstelllehre
- 7
- Einstellschraube
- 8
- Abstützplatte
- 9
- Befestigungsschraube
- 10
- Zuganker
- 11
- Einlasskanal
- 12
- Auslasskanal
- 13
- Öffnungen
- 14
- Befestigungsabschnitt
- 15
- Ausrichtabschnitt
- 16
- Befestigungsbohrung
- 17
- Gewindebohrung
- 18
- Ankerbohrung
- 19
- Zylinderbohrung
- 20
- Ansatz
- 21
- Stutzen
- α
- Winkel
- β
- Winkel
- Z
- Zylinderachse
- G
- Achse
der Gewindebohrung
- B
- Achse
der Befestigungsbohrung
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - DE 10332226
A1 [0002]
- - DE 3210377 A1 [0003]
- - EP 0145020 A2 [0005]