DE102009031454B4

DE102009031454B4 - Brennkraftmaschine mit einem Nockenwellensystem mit Axiallagerung

Info

Publication number: DE102009031454B4
Application number: DE200910031454
Authority: DE
Inventors: Ulf Müller
Original assignee: ThyssenKrupp Presta TecCenter AG
Current assignee: Thyssenkrupp Dynamic Components Teccenter AG
Priority date: 2009-07-02
Filing date: 2009-07-02
Publication date: 2014-08-07
Anticipated expiration: 2029-07-03
Also published as: DE102009031454A1

Abstract

Brennkraftmaschine mit einem Nockenwellensystem (1) für die Steuerung von Gaswechselventilen einer Brennkraftmaschine, umfassend – eine erste Nockenwelle (2) mit einem dreh- und verschiebefest auf ihrem Nockenwellenkörper angeordneten Zahnrad (4), – eine zweite Nockenwelle (2') mit einem dreh- und verschiebefest auf ihrem Nockenwellenkörper angeordneten Zahnrad (4'), wobei das Zahnrad (4) der ersten Nockenwelle (2) mit dem Zahnrad (4') der zweiten Nockenwelle (2') kämmt, und – Mittel zur axialen Lagerung des Nockenwellensystems (1), wobei – die Mittel zur axialen Lagerung des Nockenwellensystems (1) eine Nut-Feder-Verbindung umfassen, bei der eines der beiden kämmenden Zahnräder (4, 4') eine mit einem Gehäuseteil (6) der Brennkraftmaschine zusammenwirkende Nut (4a') oder eine mit dem Gehäuseteil (6) der Brennkraftmaschine zusammenwirkende Feder (4b) aufweist, wobei die Mittel zur axialen Lagerung des Nockenwellensystems (1) durch eine erste, die Nut (4a') und die Feder (4b) aufweisende Nut-Feder-Verbindung (NF1) zwischen den beiden kämmenden Zahnrädern (4, 4') der beiden Nockenwellen (2, 2') und eine zweite Nut-Feder-Verbindung (NF2) zwischen einem der Zahnräder (4; 4') und dem Gehäuseteil (6) der Brennkraftmaschine realisiert sind, wobei die zweite Nut-Feder-Verbindung (NF2) dadurch gebildet ist, dass die Feder (4b) von einem der beiden Zahnräder (4) der ersten Nut-Feder-Verbindung (NF1) in einer gehäuseseitigen Nut (6a) geführt ist oder die Nut (4a') von einem der beiden Zahnräder (4') der ersten Nut-Feder-Verbindung (NF1) mit einem gehäuseseitigen, als Feder (6b) dienenden, Vorsprung zusammenwirkt.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Brennkraftmaschine mit einem Nockenwellensystem gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Aus dem Stand der Technik sind bereits eine Vielzahl von Brennkraftmaschinen mit unterschiedlichsten Axiallagerungen ihrer Nockenwellen bekannt. So ist beispielsweise aus der DE 10 2007 014 544 A1 eine Brennkraftmaschine mit zumindest einer Nockenwelle bekannt, wobei die Axiallagerung der Nockenwelle dadurch erreicht wird, dass ein Nocken der Nockenwelle mit seinen seitlichen Stirnflächen mit den Seitenflächen eines Lagerrahmens des Brennkraftmaschinengehäuses zusammenwirkt.
Ferner ist aus der EP 1 471 213 A2 eine Brennkraftmaschine mit einer Nockenwelle bekannt, deren Axiallagerung dadurch erreicht wird, dass ein auf der Nockenwelle positioniertes Geberrad einer Sensoreinrichtung in einer entsprechenden umfänglichen Gehäusenut geführt ist.
Aus der US 4,957,079 B ist eine Brennkraftmaschine mit einer Nockenwelle bekannt, deren Axiallagerlagerung dadurch erreicht wird, dass eine zusätzliche Lagerscheibe auf der Nockenwelle angeordnet wird, die in einer entsprechenden kreisringförmigen Gehäusenut geführt ist.
Aus der DE 100 35 546 A1 ist ein Nebenantrieb für eine Brennkraftmaschine bekannt, dessen Antriebswelle axial gelagert ist indem sich ein Antriebszahnrad zur seitlichen Führung in die eine axiale Richtung gegen eine Gehäusewand abstützt und zusätzlich ein kreisringförmiger Wellenabsatz auf der Antriebswelle angeordnet ist, der sich gegen ein Gehäuseteil in die andere axiale Richtung abstützt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde eine Brennkraftmaschine mit einer axial gelagerten Nockenwelle bereitzustellen, wobei die Axiallagerung im Vergleich zum Stand der Technik einen reduzierten Bauraumbedarf aufweist.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch die Gesamtheit der Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausführungen und Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angeführt.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird eine Brennkraftmaschine mit einem Nockenwellensystem geschaffen, bei welchem die Axiallagerung von zwei parallelen Nockenwellen durch eine sich im Wesentlichen in radialer Richtung erstreckenden Nut-Feder-Verbindung zwischen zumindest einem dreh- und verschiebefest auf der Nockenwelle angeordneten Zahnrad mit einem ortsfesten Gehäuseteil der Brennkraftmaschine erreicht wird.
So kann gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung durch Einbringen einer umlaufenden Nut (beispielsweise in der Mitte der Verzahnung) in jedes der Zahnräder und durch Einsetzen eines geschlitzten Axiallagerringes (Feder) in die Nut eines der beiden Zahnräder eine axiale Führung (der Nockenwellen relativ zueinander) erreicht werden. Die in die Nut des einen Zahnrades eingreifende Axiallagerscheibe des anderen Zahnrades führt somit zur relativen Führung der beiden Zahnräder zueinander und damit zur relativen Führung der beiden dreh- und verschiebefest mit den Zahnrädern verbundenen Nockenwellen zueinander. Im Zylinderkopf, im Leiterrahmen oder in der Zylinderkopfhaube der Brennkraftmaschine ist im Bereich des Zahnrades eine korrespondierende Nut eingebracht, in der die Axiallagerscheibe läuft, und durch die somit das entsprechende Gegenlager gebildet wird, so dass eine tatsächliche Axiallagerung der beiden relativ zueinander axial geführten Nockenwellen gewährleistet ist. Vorzugsweise ist die Axiallagerscheibe ähnlich eines Wellensicherungsringes geschlitzt, damit sie in die Nut des Zahnrades eingebracht werden kann. Der Ringschlitz verläuft idealer Weise nicht radial, sondern in einem Winkel zur Radiuslinie. Die Außenkante des Schlitzes sollte bezüglich der Drehrichtung des Zahnrades hinter der Innenkante des Schlitzes liegen, um ein Verhaken des Ringes im Gegenlager zu verhindern.
In einer anderen Ausführungsform der Erfindung wird die Axiallagerung der Nockenwellen ebenfalls durch eine Nut-Feder-Verbindung erreicht, wobei diese dadurch realisiert ist, dass jedes der sich kämmenden Zahnräder eine entsprechende umlaufende Nut aufweist und jede dieser Nuten durch einen separaten der jeweiligen Nut zugeordneten und als Federwirkenden Gehäusefortsatz oder durch einen gemeinsamen sich durch beide Nuten erstreckenden Gehäusefortsatz gebildet ist.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind in den verbleibenden Unteransprüchen enthalten.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand einer Zeichnung näher erläutert. Im Einzelnen zeigen:
1 und 2 ein Nockenwellensystem gemäß der Erfindung in einer ersten möglichen Ausführungsform,
3 eine ausschnittsweise Detaildarstellung eines als Feder dienenden geschlitzten Ringes (Axiallagerring),
4 eine ausschnittsweise Detaildarstellung eines mehrteiligen, auf einer Nockenwelle angeordneten Zahnrades mit dem als Feder dienenden Ring gemäß 3,
5 ein Nockenwellensystem gemäß der Erfindung in einer weiteren möglichen Ausführungsform, und
6 das in 5 dargestellte Nockenwellensystem in einer Schnittdarstellung gemäß der Schnittlinie A-A.
In 1 ist ein Nockenwellensystem 1 gemäß der Erfindung in einer ersten möglichen Ausführungsform dargestellt. Das dargestellte Nockenwellensystem 1 umfasst eine erste drehbar in einem Gehäuseteil der Brennkraftmaschine angeordnete Nockenwelle 2 mit einem drehfest und in axialer Richtung verschiebefest auf ihrem Nockenwellenkörper angeordneten Zahnrad 4, eine zweite ebenfalls drehbar in einem Gehäuseteil der Brennkraftmaschine angeordnete Nockenwelle 2' mit einen drehfest und in axialer Richtung verschiebefest auf ihrem Nockenwellenkörper angeordneten Zahnrad 4', wobei das Zahnrad 4 der ersten Nockenwelle 2 mit dem Zahnrad 4' der zweiten Nockenwelle 2' kämmt und wobei als Mittel zur axialen Lagerung des Nockenwellensystems 1 eine Nut-Feder-Verbindung zwischen zumindest einem der Zahnräder 4; 4' und einem Gehäuseteil 6 vorhanden ist. Diese Nut-Feder-Verbindung ist derart ausgeführt, dass bei zumindest einem der beiden kämmenden Zahnräder 4, 4' eine, mit einem Gehäuseteil 6 zusammenwirkende Nut 4a' oder eine mit dem Gehäuseteil 6 der Brennkraftmaschine zusammenwirkende Feder 4b vorhanden ist. In der dargestellten ersten Ausführungsform des Nockenwellensystems 1 sind die Nockenwellen 2, 2' der derart zueinander angeordnet, dass ihres Zahnräder 4, 4' einander kämmen und die in die Zahnräder 4, 4' eingebrachten Nuten 4a, 4a' einander direkt gegenüber liegen bzw. miteinander fluchten. Die Nuten 4a, 4a' erstrecken sich jeweils über den gesamten Umfang des jeweiligen Zahnrades 4, 4' und sind vorzugsweise in die sich kämmenden Bereiche der Zahnradzähne eingebracht. In die Nut 4a des ersten Zahnrades 4 ist eine Feder 4b in Form einer Axiallagerscheibe eingebracht, welche über das Zahnrad 4 bzw. dessen Zahnradzähne hinausragt und in die korrespondierende Nut 4a' des zweiten Zahnrades 4' greift. Auf diese Weise sind beide Zahnräder 4, 4' axial zueinander fixiert. Zur axialen Fixierung der Nockenwellen 2, 2' greift die Feder 4b in eine hiermit korrespondierende Aussparung bzw. Nut 6a des Gehäuseteils 6 ein. Somit sind auf konstruktiv einfache Weise sowohl die beiden Nockenwellen 2, 2' untereinander als auch das gesamte Nockenwellensystem 1 gegenüber dem Zylinderkopf (Gehäuseteil) axial fixiert. Mit Vorteil ist die Nut 6a des Zylinderkopfes derart ausgeführt, dass der Axiallagerring zumindest über den umfänglichen Bereich eines Kreissegmentes in der Nut 6a geführt ist. Dabei kann die Nut 6a an einem beliebigen Punkt im Hinblick auf den Umfang des Zahnrades 4 angeordnet sein bzw. angreifen, solange eine entsprechende axiale Führung gewährleistet ist. Die Tiefe mit der die Axiallagerscheibe in die Nut 6a eingreift bestimmt die übertragbaren Kräfte der Axiallagerung. Die Axiallagerscheibe kann alternativ auch in der Nut 4a' des zweiten Zahnrades 4' eingebracht sein, so dass das Axiallager über dieses Zahnrad 4' realisiert ist.
In 2 ist eine Ausgestaltung des Axiallagers dargestellt, bei der die Axiallagerscheibe ausschließlich der Fixierung der Nockenwellen 2, 2' untereinander dient. Die axiale Fixierung gegenüber dem Zylinderkopf erfolgt hier durch einen als Feder 6b dienenden gehäuseseitigen Vorsprung, welcher in die Nut 4a' des zweiten Zahnrades 4' eingreift.
Denkbar ist auch eine Ausgestaltung der Axiallagerung, in der die beiden gehäuseseitigen Axiallagerungen der 1 und 2 miteinander kombiniert sind (nicht dargestellt).
In 3 ist die Axiallagerscheibe ausschnittsweise in einer Detaildarstellung gezeigt. Hierbei ist ersichtlich, dass die Axiallagerscheibe als geschlitzter Ring (Ring mit einem Ringschlitz RS) ausgestaltet ist. Der Ringschlitz RS verläuft in der dargestellten Ausführungsform mit Vorteil nicht radial, sondern in einem Winkel zur Radiuslinie. Die Außenkante des Ringschlitzes RS muss dabei hinter der Innenkante des Ringschlitzes RS bzgl. der Drehrichtung R des Zahnrades 4 liegen, um ein Verhaken des Ringes (Axiallagerscheibe) im Gegenlager (Nut 6a; Nut 4a') zu verhindern.
In der 4 ist ein mehrteiliges Zahnrad 4 dargestellt. Dabei wird ein derart geteiltes Zahnrad 4 insbesondere verwendet, um die Zahnradzähne der sich kämmenden Zahnräder 4, 4' zueinander zu verspannen und so das Spiel der Zahnräder 4, 4' untereinander zu minimieren bzw. zu beseitigen. Das geteilte Zahnrad 4 umfasst zwei Zahnradteile 41 und 42, wobei das Zahnradteil 42 als anbringbares Zahnradsegment ausgeführt ist. Das Zahnradteil 42 wird mittels eines Keils bzw. einer Passfeder K auf den ersten Zahnradteil 41 (Zahnradgrundkörper auf Nockenwelle 2 befestigbar mit eigenem Zahnrad-Zahnbereich) fixiert. Bei dem geteilten Zahnrad 4 wird die Nut 4a zur Aufnahme der Axiallagerscheibe durch einen Absatz im Zahnradteil 41 gebildet, welcher von der Seite durch das zweite Zahnradteil 42 randseitig geschlossen wird. Da die Axiallagerscheibe (im Gegensatz zur Ausführungsform gemäß 3) während des Zusammenbaus des Zahnrades 4 ohne Spreizen eingebaut werden kann, kann die Axiallagerscheibe bei einem derart geteilten Zahnrad 4 als nicht geschlitzte Ringscheibe ausgeführt sein (nicht dargestellt).
Allen Nuten 4a, 4a' gemein ist, dass diese beispielsweise durch eine Materialausnehmung (zum Beispiel durch Fräsen) im Zahnrad 4 realisiert sein können. Alternativ können die Nuten 4a, 4a' in die Zahnräder 4, 4' auch dadurch eingebracht bzw. realisiert werden, dass mehrteilige Zahnräder 4 verwendet werden. Alternativ zu dem vorstehend beschriebenen Aufbau eines mehrteiligen Zahnrades 4 kann dabei beispielsweise auch ein zwei- oder dreiteiliges Zahnrad 4 verwendet werden, bei dem zwischen zwei Zahnradhälften diese durch Abstandselemente im Rahmen der gewünschten Nutbreite beabstandet werden, wobei diese Abstandselemente auf einem Durchmesser angeordnet sind, der kleiner als der Außendurchmesser der jeweiligen Zahnräder 4 bemessen ist. Dabei kann in einer bevorzugten Ausführungsform ein solches Beabstandungselement auch als zwischen zwei Zahnradhälften eingebundene Distanzscheibe ausgeführt sein (nicht dargestellt).
Ferner kann die Feder 4b eines Zahnrades 4 alternativ zu der beschriebenen geschlitzten Axiallagerscheibe ebenfalls dadurch realisiert werden, dass bei einem zweiteiligen Zahnrad 4 eine Distanzscheibe mit (ähnlich dem nicht geschlitzten Ring in 4) einem im Vergleich zum Zahnraddurchmesser größer bemessenen Außendurchmesser zwischen den Zahnradhälften positioniert wird (nicht dargestellt).
Gemäß den 5 und 6 ist eine Axiallagerung des Nockenwellensystems 1 ohne Axiallagerscheibe dargestellt. Gemäß dieser Ausführungsform sind im Zylinderkopf (Gehäuseteil) ein oder mehrere Vorsprünge vorgesehen, die in die Nuten 4a, 4a' der Zahnräder 4, 4' eingreifen. Gemäß der Schnittdarstellung aus 6 ist das Axiallager durch einen gemeinsamen Vorsprung gebildet, welcher in die Nuten 4a, 4a' der beiden Zahnräder 4, 4' eingreift.
Bezugszeichenliste

1: Nockenwellensystem
2, 2': Nockenwelle
4, 4': Zahnrad
4a, 4a': Haltenut/Nut (Zahnrad)
4b: Feder (Zahnrad)
6: Gehäuseteil
6a: Nut (Gehäuseteil)
6b: Feder (Gehäuseteil)
NF1: Erste Nut-Feder-Verbindung
NF2: Zweite Nut-Feder-Verbindung
41, 42: Zahnradteile

Claims

Brennkraftmaschine mit einem Nockenwellensystem (1) für die Steuerung von Gaswechselventilen einer Brennkraftmaschine, umfassend – eine erste Nockenwelle (2) mit einem dreh- und verschiebefest auf ihrem Nockenwellenkörper angeordneten Zahnrad (4), – eine zweite Nockenwelle (2') mit einem dreh- und verschiebefest auf ihrem Nockenwellenkörper angeordneten Zahnrad (4'), wobei das Zahnrad (4) der ersten Nockenwelle (2) mit dem Zahnrad (4') der zweiten Nockenwelle (2') kämmt, und – Mittel zur axialen Lagerung des Nockenwellensystems (1), wobei – die Mittel zur axialen Lagerung des Nockenwellensystems (1) eine Nut-Feder-Verbindung umfassen, bei der eines der beiden kämmenden Zahnräder (4, 4') eine mit einem Gehäuseteil (6) der Brennkraftmaschine zusammenwirkende Nut (4a') oder eine mit dem Gehäuseteil (6) der Brennkraftmaschine zusammenwirkende Feder (4b) aufweist, wobei die Mittel zur axialen Lagerung des Nockenwellensystems (1) durch eine erste, die Nut (4a') und die Feder (4b) aufweisende Nut-Feder-Verbindung (NF1) zwischen den beiden kämmenden Zahnrädern (4, 4') der beiden Nockenwellen (2, 2') und eine zweite Nut-Feder-Verbindung (NF2) zwischen einem der Zahnräder (4; 4') und dem Gehäuseteil (6) der Brennkraftmaschine realisiert sind, wobei die zweite Nut-Feder-Verbindung (NF2) dadurch gebildet ist, dass die Feder (4b) von einem der beiden Zahnräder (4) der ersten Nut-Feder-Verbindung (NF1) in einer gehäuseseitigen Nut (6a) geführt ist oder die Nut (4a') von einem der beiden Zahnräder (4') der ersten Nut-Feder-Verbindung (NF1) mit einem gehäuseseitigen, als Feder (6b) dienenden, Vorsprung zusammenwirkt.
Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass – die Nut (4a') der ersten Nut-Feder-Verbindung (NF1) als eine vollumfänglich verlaufende und in radialer Richtung nach innen sich erstreckende Nut (4a') des einen der beiden Zahnräder (4') sowie die Feder (4b) als eine vollumfänglich verlaufende und in radialer Richtung sich nach außen erstreckende Feder (4b) des anderen der beiden Zahnräder (4) gebildet ist.
Brennkraftmaschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass – die Nut (4a') durch eine Materialausnehmung im Zahnrad (4') realisiert ist.
Brennkraftmaschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass – die Nut (4a') dadurch gebildet ist, dass das die Nut (4a') aufweisende Zahnrad (4') mehrteilig ausgeführt ist, wobei zumindest eines der Zahnradteile (41, 42) zumindest bereichsweise einen geringeren maximalen Außendurchmesser aufweist.
Brennkraftmaschine nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass – die Nut (4a') dadurch gebildet ist, dass zwischen zwei, jeweils Zahnradzähne aufweisenden Zahnradteilen (41, 42) gleichen Außendurchmessers eine Distanzscheibe mit einem im Vergleich zum Außendurchmesser der Zahnradteile kleineren Außendurchmesser angeordnet ist.
Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass – die Feder (4b) durch einen in einer Haltenut (4a) des Zahnrades (4) gehaltenen scheibenartigen, geschlitzten Ring realisiert ist, dessen Außendurchmesser größer bemessen ist, als der Außendurchmesser des Zahnrades (4).
Brennkraftmaschine nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass – ein Ringschlitz (RS) des geschlitzten Ringes derart ausgeführt ist, dass er nicht radial verläuft, wobei seine auf dem Außendurchmesser des Rings befindliche Außenkante, in Drehrichtung (R) des Zahnrades (4) gesehen, hinter seiner auf dem Innendurchmesser des Rings befindlichen Innenkante liegt.
Brennkraftmaschine nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass – die Haltenut (4a) durch eine Materialausnehmung gebildet ist.
Brennkraftmaschine nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass – die Haltenut (4a) dadurch gebildet ist, dass das die Haltenut (4a) aufweisende Zahnrad (4) mehrteilig ausgeführt ist, wobei zumindest eines der Zahnradteile (41, 42) zumindest bereichsweise einen geringeren Außendurchmesser aufweist.
Brennkraftmaschine nach einem der vorstehenden Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass – die Feder (4b) durch eine zwischen zwei jeweils Zahnradzähne aufweisenden Zahnradteilen (41, 42) gleichen Außendurchmessers angeordnete Distanzscheibe mit einem im Vergleich zum Außendurchmesser der Zahnradteile (41, 42) größeren Außendurchmesser gebildet ist.
Brennkraftmaschine mit einem Nockenwellensystem (1) für die Steuerung von Gaswechselventilen einer Brennkraftmaschine, umfassend – eine erste Nockenwelle (2) mit einem dreh- und verschiebefest auf ihrem Nockenwellenkörper angeordneten Zahnrad (4), – eine zweite Nockenwelle (2') mit einem dreh- und verschiebefest auf ihrem Nockenwellenkörper angeordneten Zahnrad (4'), wobei das Zahnrad (4) der ersten Nockenwelle (2) mit dem Zahnrad (4') der zweiten Nockenwelle (2') kämmt, und – Mittel zur axialen Lagerung des Nockenwellensystems (1), wobei – die Mittel zur axialen Lagerung des Nockenwellensystems (1) eine Nut-Feder-Verbindung umfassen, bei der jedes der beiden kämmenden Zahnräder (4, 4') eine vollumfänglich verlaufende und in radialer Richtung nach innen sich erstreckende Nut (4a, 4a') aufweist und jede der Nuten (4a, 4a') mit einem als Feder (6b) dienenden gehäuseseitigen Vorsprung eines Gehäuseteils (6) der Brennkraftmaschine zusammenwirkt.
Brennkraftmaschine nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass – beide Nuten (4a, 4a') mit einem gemeinsamen Gehäusevorsprung zusammenwirken.