DE102007032954B3

DE102007032954B3 - Verfahren und Vorrichtung zur Fertigung eines Nockens und Nocken, insbesondere zur variablen Betätigung von Hubventilen in Brennkraftmaschinen

Info

Publication number: DE102007032954B3
Application number: DE200710032954
Authority: DE
Inventors: Hermann Krueger
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2007-07-14
Filing date: 2007-07-14
Publication date: 2008-12-18
Anticipated expiration: 2027-07-15

Abstract

Verfahren und Vorrichtung zur Fertigung eines Nockens, der durch Längsverschiebung entlang seiner Achse unterschiedliche Bewegungen auf eine Rolle überträgt. Der Nocken wird gefertigt durch Bewegungen eines als Schleifscheibe verwendeten Rotationskörpers (4), dessen Achse (6) die Nockenachse (3) kreuzt. Der Rotationskörper berührt den Nocken mit einer im Achsschnitt gekrümmten peripheren Fläche (5). Der Erhebungsabschnitt (1) des Nockens geht in Kurven, die dargestellt auf einer Abwicklung des Nockengrundkreiszylinders, einander parallel sind und nicht parallel zu Grundkreiszylindermantellinien verlaufen, in den Nockengrundkreiszylinder über.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Fertigung eines Nockens gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 und eine Vorrichtung zur Fertigung eines Nockens gemäß dem Oberbegriff des nebengeordneten Anspruchs 5 und einen Nocken gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 8, insbesondere zur variablen Betätigung von Hubventilen in Brennkraftmaschinen, der üblicherweise durch Schleifen mit einem Rotationskörper erzeugt wird.
Stand der Technik
Bekannt sind variable Ventiltriebe, bei denen eine Änderung der Ventilsteuerzeiten von Brennkraftmaschinen durch Verdrehung von Nockenwellen erreicht wird. Zur unterschiedlichen Variation von Einlaß- und Auslaßsteuerzeiten sind dabei eine Einlaßnockenwelle und eine Auslaßnockenwelle erforderlich.
Bekannt aus DE 10 2005 021 788 B4 ist ein Nocken, der einen Nockenfolger antreibt, der den Nocken weitgehend in einem Punkt berührt. Der Nockenfolger betätigt direkt oder über Zwischenglieder ein Hubventil einer Brennkraftmaschine. Durch Verschieben des Nockens entlang seiner Rotationsachse kann der Nockenfolger von verschiedenen Bereichen des Nockens angetrieben werden, so daß sich verschiedene Ventilhubverläufe ergeben. Die Variation der Ventilhubverläufe ermöglicht variable Steuerzeiten, variable Öffnungsdauern und variable Hübe der Ventile. Unterschiedliche Variabilität der Einlaß- und Auslaßventilbewegungen einer Brennkraftmaschine wird durch Einlaß- und Auslaßnocken auf einer einzigen verschiebbaren Nockenwelle erreicht.
Eigenschaften des Nockens aus DE 10 2005 021 788 B4 werden nachfolgend anhand dieser Patentschrift beschrieben.
Zur Erzielung variabler Steuerzeiten ist der den Nocken durch Schleifen erzeugende Rotationskörper (4) gekreuzt angeordnet und mit einer peripheren Fläche (5a) versehen, die konkav gekrümmt ist, 1b. Bei der Erzeugung des Erhebungsabschnittes (1) des Nockens führt der Rotationskörper (4) zur Erzielung des Ventilhubes eine Hubbewegung und zur Erzielung variabler Öffnungsdauern eine Drehbewegung um eine Drehachse [(12) in 1a] aus. Diese Drehbewegung durchläuft eine Stellung, bei der die Rotationsachsen (6) des Rotationskörpers (4) parallel zur Rotationsachse (3) des Nockens steht, 3. Die Krümmung der peripheren Fläche (5) des Rotationskörpers (4) findet sich im Erhebungsabschnitt (1) des Nockens wieder und ist für die Anwendung in Brennkraftmaschinen wenig geeignet. Um diesen Nachteil zu beseitigen, sind in 4, 5 und 6 zusätzliche Bewegungen des Rotationskörpers vorgeschlagen, die einen Erhebungsabschnitt (1) mit in Richtung der Nockenachse ansteigender Erhebung ergeben, der für eine Anwendung in Brennkraftmaschinen geeigneter ist.
Dieses bekannte Fertigungsverfahren erzeugt wegen der drei überlagerten Bewegungen des Rotationskörpers größere Fertigungstoleranzen des Nockens.
Aufgabenstellung
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Fertigung eines dreidimensionalen Nockens und einen dreidimensionalen Nocken zu schaffen, der in einer Brennkraftmaschine mit einer einzigen längsverschieblichen Nockenwelle einen geeigneten variablen Antrieb der Einlaß- und/oder Auslaßventile ermöglicht. Dabei soll der Nocken mit geringsten Fertigungstoleranzen wirtschaftlich gefertigt werden.
Lösung
Die Lösung der vorliegenden Aufgabe geht davon aus, daß für den Betrieb einer Brennkraftmaschine eine Variation der Steuerzeiten, wie sie z. B. durch Verdrehen der Einlaß- und Auslaßventile erreicht wird und sich vielfach bewährt hat, ausreichende Vorteile ergibt. Sie geht weiter davon aus, daß beim Schleifen des Nockens außer der erforderlichen Rotation von Nocken und Rotationskörper (Schleifscheibe) nur eine einzige Bewegung des Rotationskörpers erfolgen sollte, um geringste Fertigungstoleranzen zu erhalten.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß ein auf einer längsverschieblichen Nockenwelle angeordneter dreidimensionaler Nocken mit einem Erhebungsabschnitt (1) und einem Grundkreiszylinderabschnitt (2) und einer Rotationsachse (3) von der peripheren Fläche (5) eines Rotationskörpers (4), dessen Rotationsachse (6) die Rotationsachse (3) des Nockens während der Erzeugung des Grundkreiszylinderabschnittes (2) in einem konstanten Winkel (7) kreuzt und dessen Rotationsachse (6) während der Erzeugung des Erhebungsabschnittes eine einzige Bewegung ausführt, erzeugt wird. Damit ist jeder Punkt des Erhebungsabschnittes (1) und des Grundkreiszylinderabschnittes (1) dadurch gekennzeichnet, daß sich ein Rotationskörper (4) so an jeden dieser Punkte anlegen läßt, daß dessen periphere Fläche (5) den Nocken über die gesamte axiale Länge (11) in einer Berührungskurve (10) berührt und die Begrenzungskurven (18, 19) zwischen Grundkreiszylinderabschnitt (2) und Erhebungsabschnitt (1) auf einer ebenen Abwicklung des Grundkreiszylindermantels einander parallel sind. Die Bewegung der Rotationsachse (6) des Rotationskörpers (4) während der Erzeugung des Erhebungsabschnittes (1) ist vorzugsweise eine reine Translation in Hubrichtung (14) oder eine Schwenkung um eine Schwenkachse (15). Zur Erzeugung spezieller Nockenformen enthält die Bewegung der Rotationsachse (6) des Rotationskörpers (4) zur Erzeugung des Erhebungsabschnittes (1) eine Drehbewegung um eine Drehachse (12) von einem Ausgangswinkel zu einem gewählten Winkel und wieder zurück zum Ausgangswinkel.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen erläutert. 1a zeigt einen Nocken mit einem Erhebungsabschnitt (1) und einem Grundkreiszylinderabschnitt (2), der um eine Rotationsachse (3) rotiert und einen Rotationskörper (4) mit einer Rotationsachse (6) und einer peripheren Fläche (5), der den Grundkreiszylinderabschnitt (2) des Nockens auf seiner gesamten Nockenlänge (11) mit zumindest Abschnitten der peripheren Fläche (5) berührt. Die Rotationsachse (6) des Rotationskörpers (4) verläuft in diesem speziellen Beispiel in der gewählten Ansicht parallel zur Rotationsachse (3) des Nockens. Die Rotationsachse (6) des Rotationskörpers (4) hat zur Rotationsachse (3) des Nockens einen Abstand (9).
1b zeigt eine Draufsicht auf 1a. Der Nocken rotiert um seine Rotationsachse (3). Über ihm sieht man den Rotationskörper (4) mit seiner Rotationsachse (6). Die Rotationsachse (6) des Rotationskörpers (4) kreuzt die Rotationsachse (3) des Nockens in einem Kreuzungswinkel (7). Die periphere Fläche (5) des Rotationskörpers (4) aus 1a ist in 1b aufgeteilt in einen den Grundkreiszylinderabschnitt (2) erzeugenden Flächenabschnitt (5a) und einen seitlichen Flächenabschnitt (5b) und einen weiteren seitlichen Flächenabschnitt (5c). Der den Grundkreiszylinderabscnitt (2) erzeugende Flächenabschnitt (5a) des Rotationskörpers (4) berührt den Grundkreiszylinderabschnitt (2) des Nockens in einer Berührungskurve (10). Die Berührungskurve (10) erstreckt sich über die gesamte Nockenlänge (11). Der Rotationskörper hat eine gesamte axiale Länge (13). Der Flächenabschnitt (5a) des Rotationskörpers (4) hat eine axiale Länge (13a) und schneidet eine Ebene durch die Rotationsachse (6) des Rotationskörpers (4) in einer gekrümmten Kurve.
2 zeigt einen Nocken gemäß 1a und 1b mit einem Erhebungsabschnitt (1) und einem Grundkreiszylinderabschnitt (2) und einer Rotationsachse (3). Der Nocken wird berührt von einer peripheren Fläche (5) eines Rotationskörpers (4), dessen Rotationsachse (6) die Rotationsachse (3) des Nockens kreuzt. Der Rotationskörper bewegt sich geradlinig in einer Hubrichtung (14) relativ zum Nocken. Die Hubrichtung (14) steht in diesem speziellen Fall senkrecht zur Rotationsachse (3) des Nockens.
3 zeigt einen Nocken mit einem Erhebungsabschnitt (1) und einem Grundkreiszylinderabschnitt (2) und einer Rotationsachse (3). Der Nocken wird berührt von einer peripheren Fläche (5) eines Rotationskörpers (4), dessen Rotationsachse (6) die Rotationsachse (3) des Nockens kreuzt. Der Rotationskörper bewegt sich in einer Hubrichtung (14) relativ zum Nocken und schwenkt um eine Schwenkachse (15). Durch Drehung des Rotationskörpers um die Schwenkachse (15) hat der Erhebungsabschnitt (1) des Nockens gegenüber dem Erhebungsabschnitt (1) in 2 eine andere Form.
4a zeigt einen Grundkreiszylinderabschnitt (2) eines Nockens und eine ortsfest gelagerte Rotationsachse (3) dieses Nockens. Der Grundkreiszylinderabschnitt (2) des Nockens wird berührt von einer peripheren Fläche (5) eines Rotationskörpers (4), dessen Rotationsachse (6) die Rotationsachse (3) des Nockens kreuzt. Der Rotationskörper (4) rotiert um seine Rotationsachse (6) und schwenkt um eine ortsfest gelagerte Schwenkachse (15).
4b zeigt die Elemente der 4a in einer anderen Stellung von Nocken und Rotationskörper (4). Man sieht einen Erhebungsabschnitt (1) und den Grundkreiszylinderabschnitt (2) des Nockens und die ortsfeste Rotationsachse (3) dieses Nockens. Der Nocken wird berührt von der peripheren Fläche (5) des Rotationskörpers (4), dessen Rotationsachse (6) die Rotationsachse (3) des Nockens kreuzt. Der Rotationskörper (4) rotiert um seine Rotationsachse (6) und schwenkt um die ortsfest gelagerte Schwenkachse (15). Gegenüber 4a hat sich der Nocken um seine Rotationsachse (3) gedreht, so daß der Rotationskörper den Erhebungsabschnitt (1) des Nockens berührt und ist der Rotationskörper (4) um die Schwenkachse (15) geschwenkt, wodurch der Erhebungsabschnitt (1) eine über der Länge der Rotationsachse (3) des Nockens veränderliche Größe der Erhebung aufweist.
4c zeigt eine Draufsicht auf 4a. Der Nocken rotiert um seine Rotationsachse (3). Über ihm sieht man den Rotationskörper (4) mit seiner Rotationsachse (6). Die Rotationsachse (6) des Rotationskörpers (4) kreuzt die Rotationsachse (3) des Nockens in einem Kreuzungswinkel (7). Die Lagerung der Rotationsachse (6) befindet sich oberhalb der Schwenkachse (15). Die Schwenkachse (15) ist ortsfest gelagert und mit der Lagerung der Rotationsachse (6) fest verbunden.
5 zeigt eine Abwicklung des Grundkreiszylinders, dessen Grundkreiszylinderabschnitt (2) in 1a dargestellt ist, für einen Einlaßnocken und für einen Auslaßnocken. Beide Nocken befinden sich auf einer gemeinsamen Nockenwelle einer Brennkraftmaschine mit einer Rotationsachse (3). Die Abwicklung jedes Grundkreiszylinders ist aufgeteilt in eine Abwicklung (16) des Grundkreiszylinderabschnitts (2) und einen auf der Grundkreiszylinderabwicklung dargestellten Erhebungsabschnitt (17). Der Erhebungsabschnitt (17) geht an Begrenzungskurven (18) und (19) in den Grundkreiszylinder über. Für eine Viertaktbrennkraftmaschine sind die Lagen der Totpunkte angegeben. Der Abgriff der Nockenkontur durch je eine den Nocken berührende Rolle für minimale Motordrehzahl n(min) und für maximale Motordrehzahl n(max) durch eine Relativbewegung zwischen Einlaßnockenrolle bzw. Auslaßnockenrolle und Nockenwelle in Richtung der Rotationsachse (3) ist unterhalb der Grundkreiszylinderabwicklungen skizziert. Die Begrenzungskurven (18) und (19) der Einlaßnockenerhebung sind einander parallel. Die Begrenzungskurven (18) und (19) der Auslaßnockenerhebung sind einander parallel, aber unterscheiden sich von denen der Einlaßnockenerhebung.
6a zeigt einen Nocken mit einem Erhebungsabschnitt (1) und einem Grundkreiszylinderabschnitt (2), der um eine Rotationsachse (3) rotiert und einen Rotationskörper (4) mit einer Rotationsachse (6) und einer peripheren Fläche (5a), der den Grundkreiszylinderabschnitt (2) des dreidimensionalen Nockens auf seiner gesamten Nockenlänge (11) mit der peripheren Fläche (5a) berührt. Die räumlich angeordnete Rotationsachse (6) des Rotationskörpers (4) kreuzt die Rotationsachse des Nockens (3) in einem Kreuzungswinkel, dessen Projektion in die gewählte Ansicht einen Winkel (72) bildet.
6b zeigt eine Draufsicht auf 6a. Der Nocken rotiert um seine Rotationsachse (3). Über ihm sieht man den Rotationskörper (4) mit seiner Rotationsachse (6) und seiner peripheren Fläche (5a). Die Rotationsachse (6) des Rotationskörpers (4) kreuzt die Rotationsachse (3) des Nockens in einem Kreuzungswinkel, dessen Projektion in die gewählte Ansicht einen Winkel (73) bildet. Der den Grundkreiszylinderabschnitt (2) erzeugende Flächenabschnitt (5a) des Rotationskörpers (4) berührt den Grundkreiszylinderabschnitt (2) des Nockens in einer Berührungskurve (10), die sich über die gesamte axiale Nockenlänge erstreckt. Die periphere Fläche (5a) des Rotationskörpers (4) schneidet eine Ebene durch die Rotationsachse (6) des Rotationskörpers (4) in einer gekrümmten Kurve.
Die 7a und 7b sind bis auf eine zusätzliche Drehachse (12) des Rotationskörpers (4) mit den 1a und 1b identisch.
Das Verfahren zur Herstellung eines erfindungsgemäßen Nockens läuft in zwei Schritten ab:

1. Herstellung eines Rotationskörpers, der als formgebendes, vorzugsweise rotierendes Werkzeug zur Herstellung des Nockens verwendet wird und
2. Herstellung des Nockens mit diesem Werkzeug.

1. Herstellung eines Rotationskörpers als Werkzeug zur Nockenherstellung
Um den Rotationskörper (4) herzustellen, läßt man einen Körper in einer Anordnung entsprechend 1a und 1b in einem Abstand (9) um eine Rotationsachse (6) über einem als Werkzeug dienenden Zylinder mit dem Durchmesser des Grundkreiszylinderabschnitts (2) des später herzustellenden Nockens und mit einer Achse entsprechend der Rotationsachse (3) des später herzustellenden Nockens rotieren, wobei der als Werkzeug dienende Zylinder ebenfalls rotieren kann. Dabei kreuzen sich die Rotationsachse des als Werkzeug dienenden Zylinders und die Rotationsachse (6) des Rotationskörpers (4) in einem konstanten Kreuzungswinkel (7). Man erzeugt so eine periphere Fläche oder einen Teil der peripheren Fläche des Rotationskörpers (5), die der späteren Nockenherstellung dient.
Alternativ ist es möglich, einen den Grundkreiszylinderabschnitt (2) erzeugenden peripheren Flächenabschnitt (5a) oder die gesamte periphere Fläche (5) des gekreuzt angeordneten Rotationskörpers (4) nach berechneten Maßen zu erzeugen. Die dazu erforderliche Berechnung ist in DE 10 2005 021 788 B4 angegeben. Der Inhalt der Patentschrift DE 10 2005 021 788 B4 wird hiermit in diese Beschreibung übernommen.
Eine andere Art der Herstellung des Rotationskörperabschnittes (5a) zeigen die 6a und 6b. Um den Rotationskörper (4) herzustellen, läßt man einen Körper in einer Anordnung entsprechend 6a und 6b um eine Rotationsachse (6) über einem als Werkzeug dienenden Zylinder mit dem Durchmesser des Grundkreiszylinderabschnitts (2) des später herzustellenden Nockens und mit einer Achse entsprechend der Rotationsachse (3) des später herzustellenden Nockens rotieren, wobei der als Werkzeug dienende Zylinder ebenfalls rotieren kann. Dabei kreuzen sich die Rotationsachse des als Werkzeug dienenden Zylinders (3) und die Rotationsachse (6) des Rotationskörpers (4) in einem Kreuzungswinkel (7), der durch seine Projektion (72) in der 6a und durch seine Projektion (73) in der 6b definiert ist. Diese Anordnung bietet räumliche Vorteile bei der Nockenherstellung durch die geänderte Lage der Rotationsachse (6) des Rotationskörpers.
Mit einem auf die oben beschriebene Weise hergestellten Rotationskörper als Werkzeug läßt sich ein Nockenerhebungsabschnitt (1) erzeugen, dessen Begrenzungskurven (18) und (19) wegen der konstanten Kreuzung von Rotationskörperachse (6) und Nockenachse (3) bei der Grundkreiszylindererzeugung mit dem Kreuzungswinkel (7) in der Grundkreiszylinderabwicklung parallel zueinander verlaufen, 5. Für den Ventiltrieb einer Brennkraftmaschine ergibt sich dadurch bei Längsverschiebung des Nockens eine Verschiebung der Steuerzeiten und falls gewünscht eine Variation der maximalen Ventilhübe.
2. Herstellung eines Nockens mit einem als Werkzeug dienenden Rotationskörper.
Zur Herstellung eines Nockens wird erfindungsgemäß wie folgt verfahren: Während ein vorgeformter Übermaßnocken um seine Rotationsachse dreht, wird die Rotationsachse (6) eines als Werkzeug eingesetzten Rotationskörpers (4) derart räumlich geführt, daß der Rotationskörper (4) mit seiner peripheren Fläche (5) den Grundkreiszylinderabschnitt (2) des Nockens und den Erhebungsabschnitt (1) des Nockens währen einer Nockenumdrehung erzeugt und dabei den Nocken stets auf ganzer Länge berührt. Das Verfahren sei an einigen Beispielen erläutert.
2 zeigt einen Nocken mit einem Erhebungsabschnitt (1) und einem Grundkreiszylinderabschnitt (2) und einer Rotationsachse (3). Die Rotationsachse des Nockens (3) sei in ortsfesten Lagern gelagert. Ein Rotationskörper (4) rotiert um eine Rotationsachse (6) und bewegt sich geradlinig in einer Hubrichtung (14) und erzeugt dabei mit seiner peripheren Fläche (5) den Nocken. Zur Erzeugung des Grundkreiszylinderabschnitts (2) kreuzt die Rotationsachse (6) des Rotationskörpers (4) die Rotationsachse (3) des Nockens mit einem Kreuzungswinkel (7) in einem Abstand (9), 1a und 1b, während der Nocken sich um seine Rotationsachse (3) dreht. Dabei erzeugt ein in 1b dargestellter peripherer Flächenabschnitt (5a) des Rotationskörpers (4) den Grundkreiszylinderabschnitt (2). Nach der Nockendrehung zur Erzeugung des Grundkreiszylinderabschnitts (2) erfolgt unter weiterer Nockendrehung die Erzeugung des Erhebungsabschnitts (1), wozu der Abstand (9) zwischen der Rotationsachse (3) und der Rotationsachse (6) durch Bewegung der Rotationsachse (6) in Hubrichtung (14) von einem Nullhub bis zu einem Maximalhub und wieder zurück zum Nullhub verändert wird. Dabei bleibt der Kreuzungswinkel (7) konstant.
Bei Erreichen des Nullhubes setzt die periphere Fläche (5a) des Rotationskörpers (4) auf dem Grundkreiszylinderabschnitt (2) auf. Während der Nocken weiterdreht, erzeugt die periphere Fläche (5a) eine Teilfläche des Grundkreiszylinderabschnitts (2). Sobald ein Bereich des Grundkreiszylinderabschnitts (2) erreicht ist, der bereits hergestellt wurde, wird der als Werkzeug eingesetzte Rotationskörper (4) abgehoben. Auf diese Weise wird ein Nocken unter Einsatz der peripheren Fläche (5a) hergestellt. Dabei kann die periphere Fläche (5a) auf weiter oben beschriebene Weise mittels eines Grundkreiszylinders als Werkzeug oder aufgrund berechneter Koordinaten hergestellt sein. Die Änderung der Lage des Rotationskörpers (4) in Hubrichtung (14) wird zweckmäßigerweise so gewählt, daß sich eine gewünschte Gestalt des Erhebungsabschnittes (1) des Nockens ergibt.
Statt der in 2 dargestellten Bewegungsrichtung (14) sind auch andere räumliche Lagen der Bewegungsrichtung (14) möglich. Der Erhebungsabschnitt (1) des Nockens wird dann von dem den Grundkreiszylinderabschnitt (2) erzeugenden peripheren Abschnitt (5a) und von an diesen angrenzenden peripheren Abschnitten (5b) und (5c) des Rotationskörpers (4) erzeugt.
3 zeigt einen Nocken, dessen Erhebungsabschnitt (1) eine über der Nockenlänge veränderliche Erhebungshöhe aufweist und durch Bewegen des Rotationskörpers (4) in einer Hubrichtung (14) und um eine Schwenkachse (15) hergestellt wird. Einen ähnlichen Nocken erhält man durch eine einzige Bewegung des Rotationskörpers (4) z. B. nach 4.
Die 4a, 4b und 4c zeigen beispielhaft eine weitere Einrichtung zur Herstellung eines dreidimensionalen Nockens mit einem Erhebungsabschnitt (1) und einem Grundkreiszylinderabschnitt (2) und einer Rotationsachse (3). Ein Rotationskörper (4) mit einer peripheren Fläche (5) rotiert um eine Rotationsachse (6). Die Rotationsachse (6) ist um eine Schwenkachse (15) schwenkbar und kreuzt die Rotationsachse (3) des Nockens in einem Kreuzungswinkel (7). Die periphere Fläche (5) des Rotationskörpers (4) ist in diesem Beispiel nicht unterteilt, sondern vollständig unter Verwendung der oben angegebenen mathematischen Beziehungen oder unter Einsatz eines verlängerten Grundkreiszylinders als Werkzeug hergestellt. Während der Nocken sich um seine Rotationsachse (3) dreht, erzeugt ein Abschnitt der peripheren Fläche (5) einen ersten Teil des Grundkreiszylinderabschnitts (2), 4a. Während der Nocken weiterdreht, erfolgt die Erzeugung des Erhebungsabschnitts (1), wozu der Rotationskörper (4) um die Schwenkachse (15) derart geschwenkt wird, daß er bei Fertigstellung des Erhebungsabschnittes (1) wieder seine Ausgangsstellung erreicht, 4b. Während der Nocken um seine Rotationsachse (3) weiterdreht, erzeugt ein Abschnitt der peripheren Fläche (5) nun eine zweite Teilfläche des Grundkreiszylinderabschnitts (2). Sobald ein Bereich des Grundkreiszylinderabschnitts (2) erreicht ist, der bereits hergestellt wurde, wird der als Werkzeug eingesetzte Rotationskörper (4) durch Schwenken um die Schwenkachse (15) abgehoben. Auf diese Weise wird ein Nocken unter Einsatz eines Abschnittes der peripheren Fläche (5) zur Erzeugung des Grundkreisabschnittes (2) und unter Einsatz eines größeren Abschnittes der peripheren Fläche (5) zur Erzeugung des Erhebungsabschnittes (1) hergestellt. Die Änderung der Lage des Rotationskörpers durch Schwenken um die Schwenkachse (15) während der Nockendrehung um dessen Rotationsachse (3) zur Erzeugung des Erhebungsabschnittes (1) wird zweckmäßigerweise so gewählt, daß sich eine gewünschte Gestalt des Erhebungsabschnittes (1) ergibt. Durch Verändern der Lage der Schwenkachse (15) relativ zum Rotationskörper (4) kann man den Verlauf der Höhe der Nockenerhebung über der Länge der Rotationsachse (3) bzw. die Form des Nockens ändern.
7a zeigt einen Nocken mit einem Erhebungsabschnitt (1) und einem Grundkreiszylinderabschnitt (2) und einer Rotationsachse (3). Die Rotationsachse des Nockens (3) sei in ortsfesten Lagern gelagert. Ein Rotationskörper (4) rotiert um eine Rotationsachse (6) und erzeugt dabei mit seiner peripheren Fläche (5) den Nocken. Zur Erzeugung des Grundkreiszylinderabschnitts (2) kreuzt die Rotationsachse (6) des Rotationskörpers (4) die Rotationsachse (3) des Nockens mit einem konstanten Kreuzungswinkel (7), 7b, in einem Abstand (9), während der Nocken sich um seine Rotationsachse (3) dreht. Dabei erzeugt ein in 7b dargestellter peripherer Flächenabschnitt (5a) des Rotationskörpers (4) den Grundkreiszylinderabschnitt (2). Nach der Nockendrehung zur Erzeugung des Grundkreiszylinderabschnitts (2) erfolgt unter weiterer Nockendrehung die Erzeugung des Erhebungsabschnitts (1) durch Bewegung der Rotationsachse (6) des Rotationskörpers (4) von einer Anfangsstellung zu einer zu wählenden Stellung und wieder zurück zur Anfangsstellung, wobei diese Bewegung eine Drehung um eine Drehachse (12) beinhaltet, die den Kreuzungswinkel (7) zwischen der Rotationsachse (3) des Nockens und der Rotationsachse (6) des Rotationskörpers (4) von dem Anfangswert zur Grundkreiszylindererzeugung bis zu einem Endwert und wieder zurück zum Anfangswert ändert. Nach der Nockendrehung zur Erzeugung des Erhebungsabschnittes (1) setzt die periphere Fläche (5a) des Rotationskörpers (4) auf dem Grundkreiszylinderabschnitt (2) auf. Während der Nocken weiterdreht, erzeugt die periphere Fläche (5a) eine Teilfläche des Grundkreiszylinderabschnitts (2). Sobald ein Bereich des Grundkreiszylinderabschnitts (2) erreicht ist, der bereits hergestellt wurde, wird der als Werkzeug eingesetzte Rotationskörper (4) abgehoben. Je nach Richtung und Größe der Drehung der Rotationskörperachse (6) um die Drehachse (12) während der Erzeugung des Erhebungsabschnittes (1) weist der Erhebungsabschnitt eine unterschiedliche Form auf.
Der oben beschriebene Rotationskörper wird als Werkzeug zur Herstellung des Nockens eingesetzt. Der Rotationskörper kann z. B. eine rotierende Schleifscheibe sein oder ein Umformwerkzeug oder eine andere materialabtragende und/oder materialumformende und oder materialändernde Einrichtung. Die beschriebene Form der peripheren Fläche des Rotationskörpers kann z. B. Grundlage für eine Laserfertigung des Nockens oder für den Materialabtrag durch einen Strahl (z. B. Wasser oder Sand) sein. Die Form des Rotationskörpers kann auch für Behandlungen wie polieren, druckverfestigen, härten usw. sowie für weitere bekannte Fertigungsverfahren als Grundlage dienen. Auch zur Herstellung von Modellnocken, etwa zur Herstellung eines Nockenmodelies zur Herstellung einer Sinterform für einen Fertignocken oder einen Übermaß-Rohnocken kann die beschriebene periphere Fläche des Rotationskörpers eingesetzt werden.
Bei Abnutzung des Rotationskörpers, z. B. einer Schleifscheibe, wird man die Lage der Rotationsachsen (6) und/oder (3) nachstellen und den peripheren Flächen des Rotationskörpers (4) gegebenenfalls eine Form geben, derart, daß sich annähernd gleiche Begrenzungskurven (18, 19) zwischen Grundkreiszylinderabschnitt (2) und Erhebungsabschnitt (1) wie vor der Abnutzung ergeben.
Bei Anwendung in Brennkraftmaschinen ist eine von einem erfindungsgemäßen Nocken getriebene Rolle entsprechend dem Stand der Technik in einem ein Hubventil treibenden Schlepphebel, Schwinghebel oder Stößel gelagert. Statt der Rolle kann auch eine entsprechend geformte Gleitfläche den dreidimensionalen Nocken kontaktieren.
Der Nocken
Ein nach dem oben beschriebenen Verfahren hergestellter Nocken mit einem Erhebungsabschnitt (1) und einem Grundkreiszylinderabschnitt (2) und einer Rotationsachse (3) weist erfindungsgemäß folgende Merkmale auf:

1. Der Nocken weist eine Form auf, derart, dass jeder Punkt des Erhebungsabschnitts (1) und jeder Punkt des Grundkreiszylinderabschnitts (2) von einem Rotationskörper (4) mit einer peripheren Fläche (5), deren Achsschnitt zumindest teilweise konkav ist, in einer Berührungskurve (10) berührt wird, die sich über die gesamte axiale Nockenlänge (11) erstreckt und derart, daß die Begrenzungskurven (18, 19) des Erhebungsabschnitts (1), übertragen auf eine ebene Abwicklung des Grundkreises, einander parallel und nicht parallel zu Mantellinien des Grundkreiszylinders sind. Der Erhebungsabschnitt beginnt und endet mit der kleinsten meßbaren Erhebung über dem Grundkreiszylinder.
2. Der Nocken weist eine Form auf, derart, daß die Begrenzungskurven (18, 19) des Erhebungsabschnitts (1) und die Kurve maximaler Erhebung über der Nockenlänge, übertragen auf eine ebene Abwicklung des Grundkreiszylinders, einander zumindest annähernd parallel sind.
3. Die einen Nockenfolger treibende Fläche des Erhebungsabschnittes (1) schneidet Ebenen durch die Nockenachse (3) in einer geraden und/oder in einer konvexen und/oder in einer konkaven Linie. Die Abstände von Nockenpunkten maximaler Erhebung von der Rotationsachse (3) des Nockens ergeben bei einer Auftragung über dieser Rotationsachse eine konkave, konvexe oder gerade Linie.

Durch die vorliegende Erfindung wurde ein Verfahren zur Erzeugung eines Nockens und eine Vorrichtung zur Erzeugung des Nockens nach diesem Verfahren und ein Nocken geschaffen, derart, daß der Nocken eine Oberflächenform aufweist, die (z. B. durch Schleifen) mit einem einzigen Rotationskörper, dessen periphere Fläche den Nocken stets auf seiner ganzen axialen Länge berührt und dessen Achse eine einzige Bewegung ausführt, während einer einzigen Drehung des Nockens um seine Rotationsachse herstellbar ist und die bei Längsverschiebung des Nockens entlang seiner Rotationsachse variable Ventilsteuerzeiten und variable Ventilhübe ermöglicht.
In Ausgestaltung der Erfindung ist es z. B. möglich, durch eine zusätzliche Drehbewegung des Rotationskörpers bei der Erzeugung des Erhebungsabschnittes des Nockens den Verlauf der maximalen Erhebungshöhe über der Nockenachse zu beeinflussen
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist es möglich, den Rotationskörper bei der Erzeugung des Erhebungsabschnittes des Nockens so zu bewegen, daß die Höhe der Erhebungsabschnittes auf einer Nockenseite gleich Null ist und die Höhe zur anderen Nockenseite hin längs der Nockenachse ansteigt. Ein solcher Nocken ist für eine Füllungsregelung in Brennkraftmaschinen durch den Ventiltrieb geeignet.
Der erfindungsgemäße Nocken kann in Brennkraftmaschinen und in anderen Maschinen und Geräten eingesetzt werden. Zum Abgreifen der variablen Nockenkontur werden der Nocken und/oder der Nockenfolger in ihrer Lage verändert.
Die axiale Verschiebung des erfindungsgemäßen Nockens kann mit bekannten Verfahren zur Beeinflussung von Ventilbewegungen in Verbrennungsmotoren, z. B. durch Verdrehen von Nockenwellen, kombiniert werden.

1: Erhebungsabschnitt des dreidimensionalen Nockens
2: Grundkreiszylinderabschnitt des dreidimensionalen Nockens
3: Rotationsachse des dreidimensionalen Nockens
4: Rotationskörper
5: Periphere Fläche des Rotationskörpers (4), 5a den Grundkreiszylinderabschnitt (2) erzeugender Flächenabschnitt der peripheren Fläche (5), 5b, 5c seitlicher Flächenabschnitt der peripheren Fläche (5)
6: Rotationsachse des Rotationskörpers (4)
7: Kreuzungswinkel zwischen der Rotationsachse (3) des Nockens und der Rotationsachse (6) des Rotationskörpers (4).
9: Abstand zwischen Rotationsachse (3) des Nockens und Rotationsachse (6)
10: Berührungskurve
11: Länge des Nockens längs seiner Rotationsachse (3)
12: Drehachse des Rotationskörpers (4)
13: Länge des Rotationskörpers (4) längs seiner Rotationsachse (6)
13a: Länge des Flächenabschnitts (5a) des Rotationskörpers (4) längs seiner Rot-achse (6)
14: Hubrichtung des Rotationskörpers
15: Schwenkachse des Rotationskörpers
16: Abwicklung des Grundkreiszylinderabschnittes (2)
17: Erhebungsabschnitt (1), dargestellt auf der Grundkreiszylinderabwicklung
18: Erste Begrenzungskurve des Erhebungsabschnitts (1)
19: Zweite Begrenzungskurve des Erhebungsabschnitts (1)
72: Projektion des Kreuzungswinkels (7) der Rotationsachse (3) des Nockens und der Rotationsachse (6) des Rotationskörpers (4) in die Zeichnungsebene der 6a.
73: Projektion des Kreuzungswinkels (7) der Rotationsachse (3) des Nockens und der Rotationsachse (6) des Rotationskörpers (4) in die Zeichnungsebene der 6b.

Claims

Verfahren zur Fertigung eines dreidimensionalen Nockens zum Antreiben eines Nockenfolgers, insbesondere zur variablen Betätigung von Hubventilen in Brennkraftmaschinen, wobei der Nocken eine Rotationsachse (3), einen Grundkreiszylinderabschnitt (2) und einen Erhebungsabschnitt (1) aufweist, und der Grundkreiszylinderabschnitt (2) sowie der Erhebungsabschnitt (1) erzeugt werden, indem diese von zumindest Teilen einer peripheren Fläche (5) eines Rotationskörpers (4) auf der gesamten axialen Länge (11) des Nockens berührt werden, wobei bei der Erzeugung des Erhebungsabschnitts (1) die Rotationsachse (6) des Rotationskörpers (4) relativ zur Rotationsachse (3) des Nockens eine räumliche Bewegung ausführt, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Erzeugung des Grundkreiszylinderabschnittes (2) die Rotationsachse (6) des Rotationskörpers (4) die Rotationsachse (3) des Nockens in einem einzigen Kreuzungswinkel (7) kreuzt ohne die Rotationsachse (3) des Nockens zu schneiden, so dass der Rotationskörper (4) den Grundkreiszylinderabschnitt (2) des Nockens auf einer Berührungskurve (10) berührt, die nicht in einer Ebene durch die Rotationsachse (3) des Nockens liegt.
Verfahren gemäß dem Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die periphere Fläche (5) des Rotationskörpers (4) einen den Grundkreiszylinderabschnitt (2) erzeugenden peripheren Flächenabschnitte (5a) und daran anschließende periphere Flächenabschnitte (5b, 5c) aufweist, die derart räumlich bewegt werden, dass sie den Nocken bei dessen Erzeugung nacheinander einzeln oder in Gruppen berühren.
Verfahren zur Fertigung eines dreidimensionalen Nockens gemäß dem Anspruch 1 oder gemäß den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Grundkreiszylinderabschnitt (2) und der Erhebungsabschnitt (1) von einem Flächenabschnitt (5a) der peripheren Fläche (5) des Rotationskörpers (4) erzeugt werden.
Verfahren zur Fertigung eines dreidimensionalen Nockens gemäß dem Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Nocken und/oder der Rotationskörper (4) bei der Erzeugung des Erhebungsabschnitts (2) eine geradlinige Verschiebung (14) und/oder eine Schwenkung um eine Schwenkachse (15) ausführen oder eine geradlinige Verschiebung (14) und/oder eine Schwenkung um eine Schwenkachse (15) und eine Drehung um eine Drehachse (12) ausführen.
Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 4 zur Fertigung eines dreidimensionalen Nockens mit einem Erhebungsabschnitt (1) und einem Grundkreiszylinderabschnitt (2), wobei die Vorrichtung als Werkzeug einen Rotationskörper (4) mit einer peripheren Fläche (5) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die periphere Fläche (5) des Rotationskörpers (4) einen den Grundkreiszylinderabschnitt (2) erzeugenden Flächenabschnitt (5a) aufweist, der eine Ebene durch die Rotationsachse (6) des Rotationskörpers (4) in einer gekrümmten Kurve schneidet.
Vorrichtung zur Fertigung eines Nockens gemäß dem Verfahren nach Anspruch 1 und der Vorrichtung nach Anspruch 5 mit einem Rotationskörper (4) als Werkzeug, dadurch gekennzeichnet, dass die periphere Fläche (5) des Rotationskörpers (4) einen den Grundkreiszylinderabschnitt (2) erzeugenden Flächenabschnitt (5a) und einen oder zwei seitliche Flächenabschnitte (5b, 5c) aufweist, und die Flächenabschnitte (5a, 5b, 5c) an ihren Verbindungsstellen eine in einer Ebene durch die Rotationsachse (6) des Rotationskörpers (4) liegende gemeinsame Tangente haben.
Vorrichtung zur Fertigung eines Nockens gemäß dem Verfahren nach Anspruch 1 und der Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die seitlichen Flächenabschnitte (5b, 5c) die Oberflächenform eines Kegelstumpfes oder eines Zylinders aufweisen.
Dreidimensionaler Nocken mit einem Erhebungsabschnitt (1) und einem Grundkreiszylinderabschnitt (2) sowie einer Rotationsachse (3), der einen Nockenfolger antreibt, insbesondere zur variablen Betätigung von Hubventilen in Brennkraftmaschinen, dadurch gekennzeichnet, dass die Begrenzungkurven (18, 19) des Erhebungsabschnittes (1) auf einer Abwicklung des Grundkreiszylinders zueinander parallel und nicht parallel zur Rotationsachse (3) des Nockens verlaufen.
Nocken nach Anspruch 8 mit einem Erhebungsabschnitt (1) und einem Grundkreiszylinderabschnitt (2) sowie einer Rotationsachse (3), dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindung aller Punkte maximaler Nockenerhebung eine Kurve ergibt, die auf einer Abwicklung des Grundkreiszylinderabschnittes (2) zumindest annähernd parallel zu den Begrenzungkurven (18, 19) des Erhebungsabschnitt (1) verläuft.
Nocken nach Anspruch 8 mit einem Erhebungsabschnitt (1) und einem Grundkreiszylinderabschnitt (2) sowie einer Rotationsachse (3), dadurch gekennzeichnet, dass der Nocken eine Form aufweist, derart, dass ein Rotationskörper (4), den Nocken stets auf seiner ganzen Länge (11) mit zumindest Teilen seiner peripheren Fläche (5) berührend, über den Grundkreiszylinderabschnitt (2) und den Erhebungsabschnitt (1) geführt, den Grundkreiszylinderabschnitts (2) auf einer Berührungskurve (10) berührt, die nicht in einer Ebene durch die Rotationsachse (3) des Nockens liegt und dass bei Berührung des Grundkreiszylinderabschnittes (2) die Rotationsachse (6) des Rotationskörpers (4) die Rotationsachse (3) des Nockens in einem Kreuzungswinkel (7) kreuzt.
Nocken nach Anspruch 8 und 10, dadurch gekennzeichnet, dass die periphere Fläche (5) des Rotationskörpers (4) einen den Grundkreiszylinderabschnitt (2) berührenden Flächenabschnitt (5a) aufweist, der eine Ebene durch die Rotationsachse (6) des Rotationskörpers (4) in einer gekrümmten Kurve schneidet.
Nocken nach Anspruch 8 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Grundkreiszylinderabschnitt (2) und der Erhebungsabschnitt (1) des Nockens nur von dem den Grundkreiszylinderabschnitt (2) berührenden Flächenabschnitt (5a) der peripheren Fläche (5) des Rotationskörpers (4) berührt werden.
Nocken gemäß dem Anspruch 8 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Nocken und/oder der Rotationskörper (4) bei der Berührung des Erhebungsabschnitts (2) eine geradlinige Längsverschiebung (14) oder eine Schwenkung um eine Schwenkachse (15) oder eine Längsverschiebung (14) und eine Drehung um eine Drehachse (12) oder eine Schwenkung um eine Schwenkachse (15) und eine Drehung um eine Drehachse (12) ausführen.
Nocken gemäß dem Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Abstände von Nockenpunkten maximaler Erhebung von der Rotationsachse (3) des Nockens bei einer Auftragung über dieser Rotationsachse eine konkave, konvexe oder gerade Linie ergeben.
Nocken gemäß dem Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Kurve maximaler Nockenerhebung auf dem Grundkreiszylinder des Nockens beginnt.
Nocken gemäß den Ansprüche 8 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß der Nocken nach dem Verfahren gemäß den Ansprüchen 1 bis 4 und mit einer Vorrichtung gemäß den Ansprüchen 5 bis 7 gefertigt ist.