DE102004053208A1

DE102004053208A1 - Vollvariable mechanische Ventilsteuerung mit einer Verstellwelle

Info

Publication number: DE102004053208A1
Application number: DE200410053208
Authority: DE
Inventors: Frank Dipl.-Ing. Himsel; Harald Elendt
Original assignee: Schaeffler KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2004-11-04
Filing date: 2004-11-04
Publication date: 2006-07-20

Abstract

Vollvariable mechanische Ventilsteuerung zur Hubverstellung von Gaswechselventilen an einer Hubkolbenbrennkraftmaschine, mit zumindest einem auf einer Nockenwelle (3) befestigten Nocken (4), mit zumindest einem Gaswechselventil (11), mit einer Verstelleinheit, die zumindest eine auf zumindest einer verdrehbaren Verstellwelle (6) befestigte nockenartige Kurvenscheibe (9) beinhaltet, und mit Übertragungselementen, die zumindest einen auf der Verstellwelle (6) gelagerten Zwischenhebel (5) aufweisen, wobei die Kurvenscheibe(n) (9) mittels zumindest einer Schraube (14) an der Verstellwelle (6) befestigt ist.

Description

Gebiet der Erfindung
Vollvariable mechanische Ventilsteuerung zur Hubverstellung von Gaswechselventilen an einer Hubkolbenbrennkraftmaschine, mit zumindest einem auf einer Nockenwelle befestigten Nocken, mit zumindest einem Gaswechselventil, mit einer Verstelleinheit, die zumindest eine auf zumindest einer verdrehbaren Verstellwelle befestigte nockenartige Kurvenscheibe beinhaltet, und mit Übertragungselementen, die zumindest einen auf der Verstellwelle gelagerten Zwischenhebel aufweisen.

Hintergrund der Erfindung

Eine derartige gattungsbildende Ventilsteuerung ist aus der DE- 100 06 018 A1 bekannt. Die dort dargestellten und beschriebenen Kurvenscheiben sind einstückig mit der Verstellwelle ausgeführt. Dabei besteht das Problem, dass keine weiteren Bauteile, z.B. Teile von Übertragungselementen auf die Ver stellwelle aufgeschoben werden können, sondern radial zur Welle angebaut werden müssen. Daraus folgt, dass Lagerstellen für die Verstellwelle und auch die Lagerungen von Teilen der Übertragungselemente beispielsweise Kipphebel oder Schwinghebel ebenfalls geteilte Lager aufweisen müssen.

Aufgabe der Erfindung

Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine vollvariable mechanische Ventilsteuerung gemäß der Gattung der Erfindung so zu verbessern und zu vereinfachen, dass eine leichtere, einfachere Montage bei kostengünstiger Herstellung einschließlich einfacherer Lagerung der Verstellwelle möglich ist.

Zusammenfassung der Erfindung

Die Aufgabe der Erfindung wird dadurch gelöst, dass die Kurvenscheibe oder Kurvenscheiben mittels zumindest einer Schraube an der Verstellwelle befestigt sind. Dadurch entsteht die Möglichkeit, die Verstellwelle und die Kurvenscheiben wie eine einstückig hergestellte Einheit herzustellen, sie anschließend zu demontieren und danach wieder zusammenzusetzen. Es ist daher möglich, nach Demontage der Kurvenscheiben verschiedene Bauteile, wie z.B. Zwischenhebel der Übertragungselemente ohne Trennung deren Lager auf die Verstellwelle aufzuschieben und anschließend die Kurvenscheiben wieder anzuschrauben.

Es ist zwar bekannt, DE- 41 37 978 C1, eine Nockenwelle herzustellen, die zerlegbar ist und bei der die Nocken mittels Schraubverbindung an der Nockenwelle befestigt werden. Es handelt sich dabei aber um Bauteile, die auf einer umlaufenden Welle und nicht nur einer verdrehbaren Welle angeordnet sind und bei der die auf die Nocken wirkenden Kräfte aufgrund der Kinematik erheblich geringer sind. Des Weiteren umschließen die Nocken die Nockenwelle zwangsweise vollständig, da sie einen Grundkreis bilden.

Dieses Dokument ist daher nicht geeignet, Anregungen zur Herstellung einer Verstellwelle mit verschraubten Kurvenscheiben zu liefern.

In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung wird vorgeschlagen, dass die Verstellwelle im Bereich der Kurvenscheibe (oder Kurvenscheiben) eine Queröffnung bzw. Querbohrung aufweist und dass die Schraube als Zugschraube ausgebildet ist, durch die Queröffnung reicht und im nockenartigen Bereich der Kurvenscheibe in eine Gewindebohrung eingeschraubt ist.

Durch diese Ausgestaltung wird erreicht, dass die Kurvenscheibe fest an der Verstellwelle anliegt und mit dieser verspannt ist. Um noch eine exaktere Lage und höhere Belastung der Schraubenverbindung zu erreichen, kann zwischen der Kurvenscheibe und der Verstellwelle eine Hülse oder Spannhülse um die Schraube herum angeordnet werden, die die Querkraft der Schraube entlastet und erhebliche Scherkräfte aufnehmen kann.

Da es für den Betrieb der Kurvenscheibe nicht erforderlich ist, dass diese die Verstellwelle umgreift, reicht es aus, wenn sich die Kurvenscheibe nur etwa hälftig an die Verstellwelle anschließt.

Die Justierung der Kurvenscheibe an der Verstellwelle wird noch dadurch verbessert, dass der Schraubenkopf sich an der Verstellwelle, vorzugsweise an einer zum Schraubenkopf oder einem Konus am Schraubenkopf passenden Einsenkung abstützt.

Es ist auch möglich, die Kurvenscheibe ringförmig auszubilden, so dass sie die Verstellwelle umschließt. Dann ist es vorteilhaft, wenn der Schraubenkopf in einer Öffnung, vorzugsweise Bohrung der Kurvenscheibe eingepasst ist.

Um die Verstellung der Ventilsteuerung zu gewährleisten, greifen zumindest ein ggf. auch mehrere Verstellhebel an der Verstellwelle an, die hydraulisch, mechanisch oder elektrisch betätigt werden. Daher wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, die Verstellhebel entsprechend der Ausgestaltung der Kurvenschei ben auf der Verstellwelle entsprechend auszubilden und ebenfalls mit der Verstellwelle zu verschrauben, wie dies zuvor beschrieben wurde.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung wird vorgeschlagen, dass die die Verstellwelle tragenden Lagerböcke und/oder der oder die Zwischenhebel geschlossene Lager aufweisen. Diese können dann nach Demontage der Kurvenscheiben an ihre konstruktionsbedingten Stellen auf die Verstellwelle aufgebracht werden, wobei dann anschließend die Kurvenscheiben wieder an die Verstellwelle angeschraubt werden. Dadurch ergibt sich eine erhebliche Vereinfachung der Gesamtkonstruktion.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung wird ein Verfahren zum Herstellen einer Verstellwelle und/oder der Montage einer vollvariablen mechanischen Ventilsteuerung an einer Brennkraftmaschine vorgeschlagen, bei der zunächst die an den der Verstellwelle zugewandten Flächen bearbeiten Kurvenscheibenrohlinge mit einer fertig bearbeiteten Verstellwelle verschraubt werden. Anschließend werden die Kurvenscheibenrohlinge einzeln nacheinander oder gruppenweise bzw. alle Kurvenscheiben gleichzeitig fertig geschliffen entsprechend der Bahnform, die für die Verstellung der Ventilsteuerung erforderlich ist. Danach werden nach Einlegen der Verstellwelle in eine Vorrichtung zur Fixierung der Kurvenscheiben die Verschraubungen gelöst und die Verstellwelle entfernt. Dann können die Zwischenhebel mit geschlossenen Lagern und ggf. auch ein Hilfsrahmen zur Montage am Zylinderkopf in die Vorrichtung eingelegt werden. Danach wird die Verstellwelle eingefügt und die Kurvenscheiben endgültig mit der Verstellwelle verschraubt. Es ist natürlich auch möglich, die Montage ohne die Vorrichtung zur Fixierung der Kurvenscheiben vorzunehmen, da diese auch entsprechend ihrer Stellung geordnet abgelegt werden können. Der Hilfsrahmen wird dann am Zylinderkopf befestigt, so dass eine einfache Vormontage möglich ist.

Nach einer weiteren Variante ist es jedoch auch möglich, anstelle des Hilfsrahmens die Montage direkt am Zylinderkopf vorzunehmen, wobei der Zylinderkopf die Funktion des Hilfsrahmens übernimmt.

Es ist weiterhin nach einer dritten Variante möglich, anstelle des Hilfsrahmens oder der direkten Montage am Zylinderkopf die Verstellwelle nach Einfädeln der Zwischenhebel und endgültigem Anschrauben der Kurvenscheiben in geteilte Lager des Zylinderkopfes oder eines Zwischenrahmens einzulegen und die Verstellwelle mittels Lagerschalen anzuschrauben.

Durch die Ausgestaltung der Erfindung ist eine einfache Herstellung des Zwischenhebels, sei es als Kipphebel, sei es als Schwenkhebel, möglich, da eine Bohrung einfacher zu bearbeiten ist als beispielsweise eine Halbschale oder ein geteilter Zwischenhebel.

Wird die Verstellwelle mit Zwischenhebel usw. an einem Hilfsrahmen montiert, so ist es möglich, einem Motorenhersteller das Gesamtsystem als einbaufertige Baugruppe zu liefern, die vorher bereits auf ihre Funktionsfähigkeit getestet werden kann. Wird anstelle des Hilfsrahmens die Verstellwelle mit Zwischenhebel direkt am Zylinderkopf montiert, so können die Aufnahmelager für die Verstellwelle ebenfalls als geschlossene Lager hergestellt werden, die ebenfalls erheblich einfacher erstellt werden können als geteilte Lager. Außerdem wird durch die einteilige Ausführung die Steifigkeit des Zylinderkopfes erhöht und der Bauraumbedarf verringert. Insgesamt ergibt sich eine Steifigkeitserhöhung des Systems durch die erfindungsgemäßen Merkmale.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Zur weiteren Erläuterung der Erfindung wird auf die Zeichnungen verwiesen, in denen ein Ausführungsbeispiel der Erfindung vereinfacht dargestellt ist.
Es zeigen:
1: eine perspektivische Ansicht eines Teils einer variablen mechanischen Ventilsteuerung mit Schnitt durch eine Verstellwelle und eine Nockenwelle,
2: eine Seitenansicht einer Ventilsteuerung gemäß 1 und
3: einen Schnitt durch eine Verstellwelle und eine Kurvenscheibe.
Detaillierte Beschreibung der Zeichnungen
In den 1 bis 3 ist, soweit im einzelnen dargestellt, mit 1 eine Lagerwand eines Zylinderkopfes oder eines Hilfsrahmens oder Zwischenrahmens bezeichnet, an dem ein geteiltes Lager angeordnet ist, dessen mit 2 bezeichneter Lagerdeckel mit der Lagerwand 1 verschraubt ist. Bei dem Lager handelt es sich um eines von mehreren Lagern, in denen eine mit 3 bezeichnete Nockenwelle gelagert ist, die fest mit ihr verbundene Nocken 4 trägt. Die Nocken 4 stehen über Rollen mit einem Zwischenhebel 5 in Wirkverbindung, der schwenkbar auf einer Verstellwelle 6 gelagert ist. Der Zwischenhebel ist aus Blech hergestellt und besteht aus zwei Wandteilen, die über einen Steg miteinander verbunden sind. Die Zwischenhebel 5 sind über ein ungeteiltes Lager auf der Verstellwelle 6 schwenkbar geführt. Mit dem freien Ende stehen sie mit einem Rasthebel 7 in Wirkverbindung, der sich einerseits auf der Rolle eines Schlepphebels 8 und andererseits über eine weitere Rolle an einer Kurvenscheibe 9 abstützt, die drehfest auf der Verstellwelle 6 angeordnet ist. Die Verstellwelle 6 ist, nicht dargestellt, mittels Verstellhebel, die elektrisch, hydraulisch oder auch mechanisch betätigt werden können, verdrehbar, so dass, je nach Stellung der Kurvenscheibe 9 der Schlepphebel 8 unterschiedlich verschwenkt wird. Der Schlepphebel 8 stützt sich auf einem Bauteil 10, vorzugsweise mittels eines Hydroelements ab, wobei das Bauteil 10 zwischen der dargestellten Lagerwand 1 und einer weiteren Lagerwand angeordnet ist. Der Schlepphebel 8 steht mit seinem freien Ende mit einem Gaswechselventil 11 in Wirkverbindung, das nicht näher dargestellt, im Zylinderkopf geführt ist. Die Verstellwelle 6 ist ähnlich wie die Nockenwelle 3 an der Lagerwand 1 und weiteren Lagerwänden gelagert, im Unterschied zur Nockenwelle aber in mit 12 bezeichneten ungeteilten Lagerböcken, in dessen Lager die Verstellwelle axial eingeschoben werden kann. Um die Verstellwelle 6 in die Lagerböcke 12 einschieben zu können und die Zwischenhebel 5 auf der Verstellwelle auffädeln zu können, sind die Kurvenscheiben 9 lösbar mit der Verstellwelle 6 verbunden.
Wie in 3 dargestellt, ist die Verstellwelle 6 hohl ausgebildet und weist eine Querbohrung 13 auf, in der eine Schraube 14 eingesetzt ist, die mit einer Gewindebohrung im nockenförmigen Teil der Kurvenscheibe 9 eingedreht ist. Die Kurvenscheibe in 3 umschließt die Verstellwelle 6 vollständig und weist im Bereich des Kopfes der Schraube 14 eine Bohrung 15 auf, die auch im Durchmesser passend zum Kopf der Schraube ausgebildet ist. Der Schraubenkopf weist am Übergang zur Schraube einen mit 16 bezeichneten Konus auf, wobei in der Querbohrung 13 ein entsprechender Gegenkonus eingearbeitet ist. Dadurch wird eine gute Verspannung und ein exakter Sitz des Schraubenkopfes an der Verstellwelle 6 und damit eine exakte Lage der Kurvenscheibe 9 auf der Verstellwelle 6 erreicht.

1: Lagerwand
2: Lagerschale
3: Nockenwelle
4: Nocken
5: Zwischenhebel
6: Verstellwelle
7: Rasthebel
8: Schlepphebel
9: Kurvenscheibe
10: Bauteil
11: Gaswechselventil
12: Lagerbock
13: Querbohrung
14: Schraube
15: Bohrung
16: Konus

Claims

Vollvariable mechanische Ventilsteuerung zur Hubverstellung von Gaswechselventilen an einer Hubkolbenbrennkraftmaschine, mit zumindest einem auf einer Nockenwelle (3) befestigten Nocken (4), mit zumindest einem Gaswechselventil (11), mit einer Verstelleinheit, die zumindest eine auf zumindest einer verdrehbaren Verstellwelle (6) befestigte nockenartige Kurvenscheibe (9) beinhaltet, und mit Übertragungselementen, die zumindest einen auf der Verstellwelle (6) gelagerten Zwischenhebel (5) aufweisen, dadurch gekennzeichnet, dass die Kurvenscheibe(n) (9) mittels zumindest einer Schraube (14) an der Verstellwelle (6) befestigt ist.
Vollvariable mechanische Ventilsteuerung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Verstellwelle (6) im Bereich der Kurvenscheibe (9) eine Queröffnung (Querbohrung 13) aufweist und dass die Schraube (14) als Zugschraube ausgebildet ist, durch die Queröffnung reicht und im nockenartigen Bereich der Kurvenscheibe (9) in eine Gewindebohrung eingeschraubt ist.
Vollvariable mechanische Ventilsteuerung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Schraubenkopf sich an der Verstellwelle (6), vorzugsweise an einer zum Schraubenkopf oder einem Konus (16) am Schraubenkopf passenden Einsenkung abstützt.
Vollvariable mechanische Ventilsteuerung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kurvenscheibe (9) ringförmig die Verstellwelle (6) umschließt und dass der Schraubenkopf in einer Öffnung (Bohrung 15) der Kurvenscheibe (9) eingepasst ist.
Vollvariable mechanische Ventilsteuerung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein oder mehrere zum Verdrehen der Verstellwelle (6) an dieser angreifende(r) Verstellhebel entsprechend den vorhergehenden Ansprüchen mit der Verstellwelle (6) verschraubt sind.
Vollvariable mechanische Ventilsteuerung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die die Verstellwelle (6) tragenden Lagerböcke (12) und/oder der oder die Zwischenhebel (5) ringförmig geschlossene Lager aufweisen.
Verfahren zum Herstellen einer Verstellwelle (6) und/oder der Montage einer vollvariablen mechanischen Ventilsteuerung an einer Hubkolbenbrennkraftmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, – dass die teilbearbeiteten Kurvenscheibenrohlinge mit einer fertig bearbeiteten Verstellwelle (6) verschraubt werden, – dass die Kurvenscheibenrohlinge einzeln nacheinander oder gruppenweise oder alle gleichzeitig an ihren Außenflächen fertig geschliffen werden, – dass die Verstellwelle (6) mit Kurvenscheiben (9) in eine Vorrichtung zur Fixierung der Kurvenscheiben (9) eingelegt wird, die Verschraubungen der Kurvenscheiben (9) gelöst werden, und die Verstellwelle (6) entfernt wird, – dass die Zwischenhebel (5) mit geschlossenen Lagern und ein Hilfsrahmen zur Montage am Zylinderkopf in die Vorrichtung eingelegt werden und – dass die Verstellwelle (6) eingefügt und die Kurvenscheiben (9) endgültig mit der Verstellwelle (6) verschraubt werden.
Verfahren zum Herstellen nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass anstelle des Hilfsrahmens die Montage direkt am Zylinderkopf (Lagerwand 1) erfolgt.
Verfahren zum Herstellen nach einem der Ansprüche 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass anstelle des Hilfsrahmens oder der direkten Montage am Zylinderkopf (Lagerwand 1) die Verstellwelle (6) nach dem Einfädeln der Zwischenhebel (5) und endgültigem Anschrauben der Kurvenscheiben (9) in geteilte Lager des Zylinderkopfes oder eines Zwischenrahmens eingelegt wird und die Lagerschalen angeschraubt werden.