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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Brennkraftmaschine mit einem
Nockenwellensystem gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs
1.
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Aus
dem Stand der Technik ist bereits eine Vielzahl von gattungsgemäßen
Brennkraftmaschinen 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.
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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.
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Aus
der
US 4,957,079 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.
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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.
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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. Ferner soll durch die neuartige Axiallagerung der Nockenwelle
eine geringere Flächenpressung an den Lagerstellen erreicht werden.
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Erfindungsgemäß wird
die Aufgabe durch die Gesamtheit der Merkmale des Patentanspruchs
1 gelöst. Vorteilhafte Ausführungen und Weiterbildungen
der Erfindung sind in den Unteransprüchen angeführt.
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Gemäß der
vorliegenden Erfindung wird eine Brennkraftmaschine mit einem Nockenwellensystem geschaffen,
bei welchem die Axiallagerung der Nockenwelle dadurch erreicht wird,
dass ein auf der Nockenwelle in radialer Richtung drehfest und in
axialer Richtung verschiebefest angeordnetes Antriebsrad (Zahnrad,
Zahnriemenrad, Kettenrad oder dergleichen) in einer gehäuseinneren
Ausnehmung eines Gehäuseteils der Brennkraftmaschine geführt
ist, wobei das Antriebsrad mit seinen beiden seitlichen einander
gegenüberliegenden Antriebsradstirnflächen zumindest
bereichsweise mit den Seitenwänden der Ausnehmung zusammenwirkt.
Dabei kann die Ausnehmung als vollumfängliche kreisringförmige
Nut mit Gehäuseöffnungen für eine Antriebskette
o. d. (Radial-Nut: seitlich offen und über loses Deckelteil verschließbar)
ausgeführt sein, die das Antriebsrad umfänglich
nahezu vollständig umschließt. Alternativ kann
die Ausnehmung aber auch lediglich in Form eines Kreisringsegmentes
ausgeführt sein, die das Antriebsrad umfänglich
nur zum Teil (segmentartig) umschließt. Die Nutzung der
Stirnflächen des Antriebsrades als Axiallagerflächen
bietet gegenüber anderen Komponenten den Vorteil, dass
aufgrund der relativ großen Stirnfläche des Antriebsrades
die Größe, Lage und Gestaltung des Axiallagers
erheblich variiert und somit auch an Lastbedingungen konstruktiv angepasst
werden kann. Im Vergleich zu Axiallagerungen für eine Nockenwelle,
bei der eine Nocke oder ein Sensorring zur Axiallagerung verwendet wird,
können hier erheblich größere Axiallagerflächen
realisiert und damit eine geringere Flächenpressung erreicht
werden. Die Ausnehmung zur Aufnahme des Antriebsrades, ist mit Vorteil
nur durch ein Ringsegment gebildet, welches beispielsweise als Nut
im Ventil- bzw. Steuerdeckel im Zylinderkopf und/oder in einem Lagerrahmen
ausgebildet sein kann. Ferner kann dadurch, dass das Antriebsrad
einen erheblich größeren Durchmesser als beispielsweise
ein der Axiallagerung der Nockenwelle dienender Nocken aufweist,
eine Verlagerung des mittleren Reibdurchmessers nach außen
erfolgen. Hierdurch wird eine höhere Gleitgeschwindigkeit
zwischen den Reibpartnern (Zahnrad/Ausnehmung) erreicht. Dies wiederum
begünstigt bereits bei niedrigen Nockenwellendrehzahlen
den Aufbau des Schmierfilms im Axiallager. Dadurch geht das Axiallager
früher in die sog. Flüssigkeitsreibung über,
was wiederum die Reibverluste reduziert.
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In
einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung
können Strukturen in die entsprechenden Axiallagerflächen
eingebracht werden, um in diesen Ölanteile zu sammeln.
Hierdurch wird bereits beim Starten der Brennkraftmaschine erreicht,
dass das Lager entsprechend mit Öl versorgt wird. Die Art
des Übergangs der eingebrachten Strukturen (Ölreservoir)
in die Axiallagerflächen kann bei geeigneter Gestaltung
zu einer weiteren Verbesserung des Schmierfilmaufbaus führen.
Beispielsweise können die Strukturen durch in Drehrichtung
keilförmig zulaufende Ausnehmungen in die Axiallagerflächen
gebildet sein. Durch die in die Axiallagerflächen eingebrachten Ölreservoire
und die damit gewährleistete frühzeitige Schmierung
der Axiallagerflächen, auch nach einem Neustart der Brennkraftmaschine,
kann auf eine separate Druckölzufuhr am Axiallager verzichtet
werden.
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In
einer ersten möglichen Ausführungsform weist das
Nockenwellensystem der erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine
lediglich eine einzige Nockenwelle für die Steuerung von
Gaswechselventilen auf. Dabei ist das auf der Nockenwelle angeordnete Antriebsrad
insbesondere als Antriebszahnrad oder Antriebszahnriemenrad ausgeführt,
welches über die Kurbelwelle mittels einer Kette oder eines
Zahnriemens oder dergleichen angetrieben wird.
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In
einer zweiten möglichen Ausführungsform der Erfindung
weist das Nockenwellensystem neben der ersten Nockenwelle eine zweite
Nockenwelle auf, auf deren Nockenwellenkörper ebenfalls
ein Antriebsrad drehfest angeordnet ist. Dabei wird die zweite Nockenwelle über
die erste (– selbst direkt von der Nockenwelle angetriebene –)
Nockenwelle (indirekt) angetrieben, indem die beiden Nockenwellen derart
zueinander angeordnet sind, dass ihre beiden Antriebsräder
miteinander kämmen.
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Mit
Vorteil ist auch das Antriebsrad der zweiten Nockenwelle in einer
gehäuseinneren Ausnehmung des Gehäuseteils als
zusätzliches Axiallager angeordnet. Die Ausnehmung kann
als separate Ausnehmung für das Antriebsrad der zweiten
Nockenwelle ausgeführt sein, oder, in einer anderen Ausgestaltung
kann die Ausnehmung derart ausgeführt sein, dass diese
sich über beide Antriebsräder gemeinsam erstreckt.
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Das
erfindungsgemäße Nockenwellen-Axiallager umfasst
in jedem Fall Axiallager, die durch direkt über die Kurbelwelle
angetriebene dreh- und verschiebefest auf einer Nockenwelle angeordnete
und in einer gehäuseseitigen Ausnehmung geführte
Antriebsräder gebildet sind und/oder Axiallager, die durch
ein von einem direkt angetriebenen Antriebsrad (indirekt) angetriebenen
Antriebsrad, welches auf einer zweiten parallel zur ersten Nockenwelle
angeordneten Nockenwelle dreh- und verschiebefest auf dieser angeordnet
und ebenfalls in einer gehäuseseitigen Ausnehmung geführt
ist, gebildet sind.
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Im
Folgenden wird die Erfindung anhand einer Zeichnung näher
erläutert. Im Einzelnen zeigen:
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1 in
schematischer Darstellung einen Ausschnitt des Nockenwellensystems
einer erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine in
einer ersten möglichen Ausführungsform, und
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2 in
schematischer Darstellung – analog zu 1 – das
Nockenwellensystem gemäß der Erfindung in einer
zweiten möglichen Ausführungsform.
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1 zeigt
in schematischer Darstellung den Ausschnitt eines Nockenwellensystems 1 gemäß der
Erfindung umfassend eine erste Nockenwelle 2 mit einem
darauf dreh- und verschiebefest angeordneten als Zahnrad ausgeführten
Antriebsrad 4, welches in einer Ausnehmung 8 eines
Gehäuseteils 6 zum Zwecke der axialen Lagerung
der Nockenwelle 2 zumindest bereichsweise geführt
ist. Das auf der Nockenwelle 2 befestigte Zahnrad 4 ragt
in die Ausnehmung 8 des Gehäuseteils 6 oder
eines gehäusefesten Bauteils (– was im Sinne der
Erfindung ebenfalls unter Gehäuseteil zu verstehen ist –)
hinein. Die Ausnehmung 8 kann seitlich offen und über
eine die Nut seitlich verschließende Gehäuseseitenwand
(also „zweiteilig”), oder aber zu beiden Seiten
geschlossen – ohne abnehmbares Seitenteil zum Öffnen
der Nut – (also „einteilig”), ausgeführt
sein. In 2 ist die U-förmige
Ausnehmung 8 in einer „zweiteiligen” Ausführungsform – mit
einem gehäusefesten Teil 6a (z. B. gebildet durch
den Zylinderkopf, eine gehäusefeste Haube oder einen gehäusefesten
Lagerrahmen) und mit einem an dem gehäusefesten Teil 6a anbringbaren „losen” Teil 6b (in
Form eines Deckelteils wie Steuerdeckel oder Seitenwand) – dargestellt.
Bei Kettenantrieben würde die Antriebskette regelmäßig
seitlich über die Zähne des Antriebszahnrades
hervorstehen und dadurch das Einfädeln des Antriebszahnrades
in eine nicht geteilte Ausnehmung 8 erschweren. Die Nockenwelle 2 ist
in nicht dargestellten Lagerstellen an ihren beiden Enden um ihre
Längsachse drehbar gelagert. Die Ausnehmung 8 ist
im Querschnitt gesehen im Wesentlichen U-förmig ausgebildet
und wirkt mit Bereichen 8a' ihrer beiden einander gegenüberliegend und
parallel zueinander angeordneten Seitenwände 8a mit
Bereichen 4a' der beiden seitlichen einander gegenüber
Zahnradstirnflächen 4a zur Bildung einer axialen
Lagerführung zusammen. Im dargestellten Ausführungsbeispiel
sind die Stirnflächenbereiche 4a' als kreisringförmige
Gleitlagerbereiche ausgeführt und in radialer Richtung
möglichst weit außen im Hinblick auf den Grundkörper
des Zahnraddurchmessers positioniert. Insbesondere erstrecken sich
die kreisringförmigen Gleitlagerfläche/Stirnflächenbereiche 4a' vom Fußbereich
der Zahnradzähne über eine entsprechende Breite
nach innen. Zum Zwecke der Gewichtsoptimierung ist das Zahnrad 4 zwischen
seinem inneren kreisringförmigen Bereich, in welchem es
auf der Nockenwelle 2 befestigt ist, und seinem äußeren
kreisringförmigen Bereich, der durch die Stirnflächenbereiche 4a' gebildet
ist, verjüngt. In einer nicht dargestellten Ausführungsform
der Erfindung sind die seitlichen Stirnflächenbereiche 4a' und/oder
die hiermit korrespondierenden Seitenwandbereiche 8a' derart
strukturiert, dass es während des Betriebs der Brennkraftmaschine
(bzw. mit dem Abstellen der Brennkraftmaschine) in den Flächenstrukturen
zu einer Ansammlung von kleineren Ölmengen kommt, so dass
bei einem späteren Start der Brennkraftmaschine das in
den Strukturen gesammelte Öl aufgrund der auftretenden
Fliehkräfte auf die zu schmierenden Flächen austritt,
und so auch während des Startvorgangs der Brennkraftmaschine
vom Startzeitpunkt an eine Schmierung des Axiallagers der Nockenwelle 2 gewährleistet
ist. Mit Vorteil sind diese Flächenstrukturen dadurch gebildet,
dass in den Stirnflächenbereichen 4a' des Zahnrades 4 und/oder
in den hiermit korrespondierenden Seitenwandbereichen 8a' der
Ausnehmung 8a Sacklochbohrungen, Senkungen, Ringnuten und/oder Ringnutabschnitte
entsprechender Tiefe gebildet sind.
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Die
in 2 dargestellte mögliche Ausführungsform
eines Nockenwellensystems 1 gemäß der Erfindung
unterscheidet sich von der Ausführungsform gemäß 1 lediglich
dadurch, dass die parallelen Seitenwände 8a der
Ausnehmung 8 über ihre radiale Länge
Bereiche bzw. Abschnitte aufweisen, die unterschiedlich weit zueinander
beabstandet sind. So ist die U-förmige Ausnehmung 8 im
Bereich 8a' ihrer radial nach innen frei auslaufenden Seitenwandenden
enger ausgeführt, als im radial außen liegenden
Bereich, in welchen, die, eine Kette oder einen Zahnriemen aufnehmenden
Zähne des Zahnrades 4 angeordnet sind. Ferner
ist die Ausnehmung 8 gemäß der in 2 dargestellten
Ausführungsform „zweiteilig” ausgeführt
bzw. über einen gehäusefesten Teil 6a und
einen losen deckelartigen Teil 6b gebildet, so dass das
bei in axialer Richtung seitlich geöffneter Nut eine einfache
Montage der Nockenwelle 2 samt Zahnrad 4 gewährleistet
ist.
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In
einer möglichen Ausführungsform kann das Zahnrad 4 durch
das von der Kurbelwelle über eine Antriebskette oder einen
Antriebszahnriemen angetriebene Antriebszahnrad gebildet sein (direkt angetriebenes
Antriebsrad).
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In
einer anderen möglichen Ausführungsform (nicht
dargestellt) kann das Zahnrad 4 über ein anderes
auf der Nockenwelle 2 angeordnetes Zahnrad gebildet sein
(indirekt angetriebenes Antriebsrad) – beispielsweise über
ein Zahnrad, welches mit einem korrespondierenden Zahnrad einer
zweiten Nockenwelle kämmt, wodurch die zweite Nockenwelle 2 über
die erste Nockenwelle 2 angetrieben wird (nicht dargestellt).
Dabei kann die Ausnehmung 8 für die zumindest
bereichsweise Aufnahme des Zahnrades 4 zur Bildung eines
Axiallagers für die Nockenwelle 2 durch jeweils
eine separate Ausnehmung 8 für die kämmenden
Zahnräder 4 gebildet sein oder alternativ durch
eine gemeinsame Ausnehmung 8, in welcher die beiden sich
kämmenden Zahnräder 4 gemeinsam aufgenommen sind.
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Auch
ist jede beliebige Kombination von in Ausnehmungen 8 des
Gehäuseteils 6 aufgenommenen Zahnrädern 4 zur
Bildung von Axiallagern für die Nockenwelle 2 denkbar.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Nockenwellensystem
- 2
- Nockenwelle
- 4
- Zahnrad
- 4a
- seitl.
Zahnradstirnfläche
- 4a'
- Stirnflächenbereich
- 6
- Gehäuseteil
- 6a
- gehäusefestes
Teil
- 6b
- loses
bzw. anbringbares Teil
- 8
- Ausnehmung
- 8a
- Seitenwand
- 8a'
- Seitenwandbereich
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
-
- - DE 102007014544
A1 [0002]
- - EP 1471213 A2 [0003]
- - US 4957079 [0004]
- - DE 10035546 A1 [0005]
