-
Die
Erfindung betrifft eine Rolle für einen Antrieb durch einen
längsvariablen Nocken gemäß dem Oberbegriff
des Anspruchs 1 und gemäß dem Oberbegriff des
Anspruchs 4. Insbesondere in Brennkraftmaschinen werden Rollen eingesetzt,
die von auf einer Nockenwelle rotierenden Nocken durch Berührung
angetrieben werden und die dadurch erzeugte Bewegung über
Zwischenglieder oder direkt an Hubventile weiterleiten. Längsvariable
Nocken weisen eine Veränderung der Nockenform längs
der Nockenachse auf, so daß bei einem Verschieben des Nockens
längs seiner Rotationsachse relativ zur Rolle sich der
Bewegungsablauf der Rolle ändert, um z. B. für
eine Brennkraftmaschine einen variablen Ventilantrieb zu ermöglichen.
Dabei erfolgt zumindest streckenweise eine Punktberührung
zwischen Nocken und Rolle. Die Erfindung bezieht sich auf Rollen,
die von längsvariablen Nocken getrieben werden, deren Nockenerhebung über
dem Nockengrundkreiszylinder sich zwischen zwei Grenzkurven auf
dem Nockengrundkreiszylinder erstreckt und diese Grenzkurven auf
einer Abwicklung des Nockengrundkreiszylinders einander parallel
und nicht parallel zu einer Grundkreiszylindermantellinie sind (im Folgenden
als Parallelnocken bezeichnet) oder deren Grenzkurven auf einer
Abwicklung des Nockengrundkreiszylinders an einer Grundkreiszylindermantellinie
gespiegelt sind. Ein längsvariabler Nocken dieser Art ist
in
DE 10 2005
021 788 B4 beschrieben.
-
Eine
Rolle (4) als Folger eines der oben beschriebenen Nocken
ist so ausgebildet, daß ihre Kontaktfläche (5)
eine Ebene durch die Rollenachse (6) zumindest streckenweise
in einer gekrümmten Linie (9) schneidet. Um die
hertzsche Pressung an der Berührungsstelle von Nocken und
Rolle klein zu halten, wird die Krümmung der Kontaktfläche
(5) der Rolle möglichst groß ausgeführt.
-
Stand der Technik
-
In
DE 10 2005 021 788
B4 ist ein eine Rolle (
4) antreibender Nocken
beschrieben, der durch Verschiebung längs seiner Rotationsachse
(
3) die Bewegung der Rolle variiert. In Absatz [0078] („Die
Kontaktfläche des Nockenfolgers wird der Fachmann konvex
mit möglichst großem Krümmungsradius ausbilden")
ist als Regel für die Ausbildung der Kontaktfläche
angegeben, den Krümmungsradius möglichst groß zu
wählen.
-
Aufgabenstellung
-
Beim
Lauf über einen Nocken, der durch Längsverschieben
das Abgreifen unterschiedlicher Nockenerhebungsverläufe
ermöglicht, kontaktiert eine Rolle (4) mit ihrer
Kontaktfläche (5) den Nocken auf einer Kontaktspur
(7), die nicht in einer Ebene senkrecht zur Nockenachse
(3) verläuft, sondern seitlich auswandert. Durch
diese Auswanderung wird der Verlauf der Bewegung der Rollenachse
(6) beeinflußt.
-
Aufgabe
der Erfindung ist es, die Auswanderung der Kontaktspur (7)
auf dem Nocken so zu gestalten, daß sich in Verbindung
mit der Nockenform gewünschte Bewegungsabläufe
der Rollenachse (6) ergeben.
-
Lösung
-
Erfindungsgemäß wird
die Aufgabe durch eine geeignete Ausbildung der Kontaktfläche
(5) der Rolle gelöst. Erfindungsgemäß enthält
die Schnittlinie (9) zwischen der Kontaktfläche
(5) der Rolle (4) und einer Ebene durch die Rollenachse
(6) zumindest einen Abschnitt (21), dessen Krümmungsradius (11)
kleiner ist als der halbe maximale Rollenradius (8). Es
kann zweckmäßig sein, diesen Krümmungsradius
(11) kleiner als ein Drittel oder kleiner als ein Viertel
des maximalen Rollenradiusses (8) auszuführen.
-
Ausführungsbeispiele
-
1a zeigt
einen Nocken mit einem Erhebungsabschnitt (1) und einem
Grundkreiszylinderabschnitt (2) und einer Nockenachse (3)
und einer Kontaktspur (7). Der Grundkreiszylinderabschnitt
(2) wird berührt von einer Kontaktfläche
(5) einer nicht erfindungsgemäßen Rolle
(4). Die Rolle (4) hat eine Rollenachse (6)
und einen maximalen Rollenradius (8). Die Kontaktfläche
(5) schneidet eine Ebene durch die Rollenachse (6)
in einer Schnittlinie (9), die eine Krümmung mit
einem Krümmungsradius (10) aufweist.
-
1b zeigt
Rolle (4) und Nocken der 1.
Der Nocken befindet sich in einer um seine Achse (3) gedrehten
Stellung. Der Nocken mit einem Erhebungsabschnitt (1) und
einem Grundkreiszylinderabschnitt (2) und einer Kontaktspur
(7) berührt mit seinem Erhebungsabschnitt (1)
die Kontaktfläche (5) der Rolle (4).
Die Kontaktfläche (5) schneidet eine Ebene durch
die Rollenachse (6) in der Schnittlinie (9).
-
2a zeigt
einen Nocken mit einem Erhebungsabschnitt (1) und einem
Grundkreiszylinderabschnitt (2) und einer Nockenachse (3)
und einer Kontaktspur (7). Der Grundkreiszylinderabschnitt
(2) wird berührt von einer Kontaktfläche
(5) einer erfindungsgemäßen Rolle (4).
Die Rolle (4) hat eine Rollenachse (6) und einen
maximalen Rollenradius (8). Die Kontaktfläche
(5) schneidet eine Ebene durch die Rollenachse (6)
in einer Schnittlinie (9), die einen ersten Abschnitt mit
einem ersten Krümmungsradius (11) und einen angrenzenden
zweiten Abschnitt mit einem zweiten Krümmungsradius (12)
und einen an den ersten Abschnitt angrenzenden dritten Abschnitt mit
einem dritten Krümmungradius (13) aufweist. Der Grundkreiszylinderabschnitt
(2) des Nockens berührt die Rolle (4)
an der Grenze zwischen dem ersten Abschnitt und dem dritten Abschnitt
der Schnittlinie (9). Der erste Krümmungsradius
(11) ist kleiner als der halbe maximale Rollenradius (8).
Die drei Abschnitte der Schnittlinie (9) gehen tangential
ineinander über.
-
2b zeigt
die Rolle (4) der 2a und den
Nocken der 2a in einer um seine Achse (3) gedrehten
Stellung. Der Nocken mit dem Erhebungsabschnitt (1) und
dem Grundkreiszylinderabschnitt (2) und der Kontaktspur
(7) berührt mit seinem Erhebungsabschnitt (1)
die Kontaktfläche (5) der Rolle (4). Die
Kontaktfläche (5) schneidet eine Ebene durch die Rollenachse
(6) in der Schnittlinie (9), die einen ersten
Abschnitt mit einem ersten Krümmungsradius (11)
und einen angrenzenden zweiten Abschnitt mit einem zweiten Krümmungsradius
(12) und einen an den ersten Abschnitt angrenzenden dritten
Abschnitt mit einem dritten Krümmungradius (13)
aufweist. Der Erhebungsabschnitt (1) des Nockens wird in
der gewählten Nockenstellung berührt von dem zweiten
Abschnitt der Schnittlinie (9) mit dem Krümmungsradius (12).
-
3a zeigt
beispielhaft eine Rolle (4) mit einer Rollenachse (6)
und einer Kontaktfläche (5). Eine Schnittlinie
der Kontaktfläche (5) mit einer Ebene durch die
Rollenachse (6) setzt sich zusammen aus einem geradlinigen
Abschnitt (24), einem Abschnitt (21) mit einem
ersten Krümmungsradius (11) und einem Abschnitt
(22) mit einem zweiten Krümmungsradius (12).
Die drei Abschnitte gehen tangential ineinander über. Der
erste Krümmungsradius (11) ist kleiner als der
halbe maximale Rollenradius (8).
-
3b zeigt
beispielhaft eine Rolle (4) mit einer Rollenachse (6)
und einer Kontaktfläche (5). Eine Schnittlinie
der Kontaktfläche (5) mit einer Ebene durch die
Rollenachse (6) setzt sich zusammen aus einem geradlinigen
Abschnitt (24), zwei Abschnitten (21) mit je einem
ersten Krümmungsradius (11) und zwei Abschnitten
(22) mit je einem zweiten Krümmungsradius (12).
Die fünf Abschnitte gehen tangential ineinander über.
Der erste Krümmungsradius (11) ist kleiner als
der halbe maximale Rollenradius (8).
-
3c zeigt
beispielhaft eine Rolle (4) mit einer Rollenachse (6)
und einer Kontaktfläche (5). Eine Schnittlinie
der Kontaktfläche (5) mit einer Ebene durch die
Rollenachse (6) setzt sich zusammen aus einem Abschnitt
(22) mit einem zweiten Krümmungsradius (12)
und einem Abschnitt (23) mit einem dritten Krümmungsradius
(13). Die zwei Abschnitte gehen nicht tangential ineinander über.
-
3d zeigt
beispielhaft eine Rolle (4) mit einer Rollenachse (6)
und einer Kontaktfläche (5). Eine Schnittlinie
der Kontaktfläche (5) mit einer Ebene durch die
Rollenachse setzt sich zusammen aus zwei Abschnitten (22)
mit einem zweiten Krümmungsradius (12) und einem
Abschnitt mit (21) einem ersten Krümmungsradius
(11). Die drei Abschnitte gehen tangential ineinander über.
Der erste Krümmungsradius (11) ist kleiner als
der halbe maximale Rollenradius.
-
1a und 1b zeigen
eine Rolle (4), die von dem Grundkreiszylinderabschnitt
(2) eines Nockens in 1a bzw.
von dem Erhebungsabschnitt (1) eines Nockens in 1b berührt
wird. Die Berührung erfolgt entlang einer Kontaktspur (7)
auf dem Nocken und entlang einer nicht dargestellten Kontaktspur
auf der Rolle (4). Die Rolle (4) mit einer Rollenachse
(6) und einer Kontaktfläche (5) ist ohne
Anwendung der vorliegenden Erfindung ausgeführt. Infolge
der geringen Krümmung der Kontaktfläche (5) der
Rolle (4) (großer Krümmungsradius 10)
wandert die Kontaktspur (7) in Richtung der Nockenachse
(3) weit aus.
-
2a und 2b zeigen
eine Rolle (4) mit einer Kontaktfläche (5),
die von einem Grundkreiszylinderabschnitt (2) eines Nockens
in 2a bzw. von einem Erhebungsabschnitt (1)
eines Nockens in 2b berührt wird. Die
Berührung erfolgt entlang einer Kontaktspur (7)
auf dem Nocken und entlang einer nicht dargestellten Kontaktspur
auf der Rolle. Infolge des Verlaufes der Krümmung der Kontaktfläche (5)
der Rolle, die einen stark gekrümmten Abschnitt mit einem
kleinen erster Krümmungsradius (11) enthält,
wodurch der tangential anschließende Abschnitt mit einem
großen zweiten Krümmungsradius (12) die dargestellte
Lage einnimmt, wandert die Kontaktspur (7) in Richtung
der Nockenachse (3) weniger weit aus als bei der Ausführung
nach 1a und 1b.
-
2b zeigt,
daß die Berührung des Erhebungsabschnittes (1)
des Nockens in von großen Kräften belasteten Bereichen
des Nockens mit der Kontaktfläche (5) der Rolle
in einem Kontaktflächenabschnitt erfolgt, der weniger stark
gekrümmt ist (großer zweiter Krümmungsradius 12).
Der stark gekrümmte Kontaktflächenabschnitt (kleiner
erster Krümmungsradius 11) der Rolle wird lediglich
im Bereich der Nockenauflauframpe und der Nockenablauframpe und
bei speziellen Nockenkonstuktionen im Bereich der maximalen Nockenerhebung
berührt.
-
Bei
einer Rolle nach 3a wird der geradlinige Abschnitt
(24) der Kontaktfläche (5) der Rolle
(4) vom Nockengrundkreisabschnitt (2), der stark
gekrümmte Abschnitt (21) von der Auflauf- und
Ablauframpe des Erhebungsabschnittes und der weniger stark gekrümmte
Abschnitt (22) von den restlichen Teilen des Erhebungsabschnitts
(1) berührt.
-
3b zeigt
eine längssymmetrische Rolle für einen Parallelnocken.
Bei einem Lauf über den Nocken berühren sich nacheinander:
der
geradlinige Abschnitt (24) und der Nockengrundkreisabschnitt
(2),
der erste stark gekrümmten Abschnitt
(21) und die Auflauframpe,
der erste Abschnitt (22)
und der Auflaufbereich des Erhebungsabschnittes,
der erste
stark gekrümmten Abschnitt (21) vor der Nockenspitze
der
geradlinige Abschnitt (24) und die Nockenspitze
der
zweite stark gekrümmten Abschnitt (21) nach der Nockenspitze
der
zweite Abschnitt (22) und der Ablaufbereich des Erhebungsabschnittes,
der
zweite stark gekrümmten Abschnitt (21) und die Ablauframpe
und wieder
der geradlinige Abschnitt (24) und der
Nockengrundkreisabschnitt (2).
-
3c zeigt
eine Rolle, bei der der erfindungsgemäß die Abschnitte
mit großem Krümmungsradius verbindende Abschnitt
(21) mit dem kleinen ersten Krümmungsradius (11)
durch Verkleinern dieses Krümmungsradiusses (11)
auf den Wert Null verschwunden ist. Der Abschnitt (22)
mit dem großen zweiten Radius (12) geht mit einem
Knick in den Abschnitt (23) mit dem großen dritten
Radius über. Der Erhebungsabschnitt (1) des Nockens
berührt z. B. stets den Abschnitt (23) mit dem
großen dritten Krümmungsradius (13).
Der Nockengrundkreisabschnitt (2) jedoch berührt
den Rollenknick. Dies läßt sich durch eine geradlinige
rollenachsparallele Ausführung des Abschnittes (22)
mit dem großen Krümmungsradius (12) vermeiden.
Diese Ausführung ist zunächst als theoretische
Möglichkeit zu betrachten.
-
3d zeigt
eine schmale längssymmetrische Rolle (4) für
einen Parallelnocken. Der stark gekrümmte Abschnitt (21)
der Rolle (4) wird vom Grundkreisabschnitt (2)
des Nockens, der Auflauf- und Ablauframpe des Erhebungsabschnittes
(1) des Nockens und von einem Bereich maximaler Nockenerhebung
berührt. Der weniger stark gekrümmte Abschnitt
(22) der Rolle (4) wird von den übrigen
Teilen des Erhebungsabschnitts (1) des Nockens berührt.
-
Wesentliches
Merkmal der Erfindung ist ein Rollenabschnitt mit einem kleinen
Krümmungsradius. Bei den gezeigten Beispielen grenzt dieser
an einen Rollenabschnitt mit maximalem Rollendurchmesser oder beinhaltet
den maximalen Rollendurchmesser (3d).
Der Einfachheit halber sind die in den 1 bis 3 dargestellten Rollen mit konstanten Krümmungsradien
versehen. In der Praxis wird man die Schnittlinie (9) der
Kontaktfläche (5) mit einer Ebene durch die Rollenachse
(6) mit zumindest abschnittsweise kontinuierlich variabler
Krümmung ausführen, wobei an einer Stelle der
Schnittlinie (9) der Krümmungsradius bis auf einen
Minimalwert fällt, der erfindungsgemäß kleiner
ist als der halbe maximale Rollenradius.
-
Durch
diese Ausführung der Rolle wird im Zusammenwirken mit einer
geeigneten Nockenform eine geeignete Bewegung der Rollenachse (6)
erreicht, die Auswanderung der Kontaktspur (7) auf dem
Nocken verringert und der Kontakt des Erhebungsabschnittes (1)
des Nockens mit der Rolle weitgehend auf Rollenabschnitten mit geringer
Krümmung belassen.
-
In
den dargestellten Beispielen verläuft die Rollenachse parallel
zur Nockenachse. Bei nicht parallelen Achsen gelten die vorstehenden
Angaben sinngemäß.
-
- 1
- Erhebungsabschnit
des Nockens
- 2
- Grundkreiszylinderabschnitt
des Nockens
- 3
- Nockenachse
- 4
- Rolle
- 5
- Kontaktfläche
der Rolle
- 6
- Rollenachse
- 7
- Kontaktspur
auf dem Nocken
- 8
- Maximaler
Rollenradius
- 9
- Schnittlinie
der Kontaktfläche (5) mit einer Ebene durch die
Rollenachse (6)
- 10
- Krümmungsradius
der Schnittlinie (9)
- 11
- Erster
Krümmungsradius der Schnittlinie (9)
- 12
- Zweiter
Krümmungsradius der Schnittlinie (9)
- 13
- Dritter
Krümmungsradius der Schnittlinie (9)
- 21
- Abschnitt
der Schnittlinie (9) mit einem ersten Krümmungsradius
(11)
- 22
- Abschnitt
der Schnittlinie (9), mit einem zweiten Krümmungsradius
(12)
- 23
- Abschnitt
der Schnittlinie (9), mit einem dritten Krümmungsradius
(13)
- 24
- Geradliniger
Abschnitt der Schnittlinie (9)
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
Diese Liste
der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert
erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information
des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen
Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt
keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
-
Zitierte Patentliteratur
-
- - DE 102005021788
B4 [0001, 0003]