DE102009055868A1

DE102009055868A1 - Nockenwelle

Info

Publication number: DE102009055868A1
Application number: DE102009055868A
Authority: DE
Inventors: Matthias Bechtold
Original assignee: Neumayer Tekfor Holding GmbH
Current assignee: Neumayer Tekfor Holding GmbH
Priority date: 2009-11-26
Filing date: 2009-11-26
Publication date: 2011-06-01
Also published as: WO2011063780A3; US20120227689A1; WO2011063780A2; CN102740993A; EP2504115A2; BR112012012527A2; US8607749B2

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf eine Nockenwelle, mit einem Trägerelement und einem Nocken. Die Erfindung beinhaltet, dass das Trägerelement Trägerabschnitte aufweist, die axial hintereinander längs einer Längsachse angeordnet sind, und dass die Trägerabschnitte axial längs der Längsachse zueinander verschiebbar sind.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Nockenwelle mit mindestens einem Trägerelement und mit mindestens einem Nocken.
Eine Nockenwelle verfügt zumindest über ein Trägerelement, auch als Rohr oder Welle bezeichnet, und mindestens einen Nocken. Bei der Anwendung in Motoren dienen Nockenwellen als Teil des Ventiltriebes, wobei sich das Trägerelement um seine Längsachse dreht. Die Nocken wandeln die Drehbewegung in Längsbewegungen um, wodurch die Ein- und Auslassventile des Motors gesteuert werden. Um je nach Lastzustand den Motor besser steuern zu können, gibt es im Stand der Technik sog. Nockenwellenversteller, welche unterschiedliche Nocken in Wirkeingriff mit den Ventilen bringen oder die Einstellungen, z. B. die Winkel der Nocken zueinander ändern.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Nockenwelle vorzuschlagen, welche eine zum Stand der Technik alternative Möglichkeit zum Verstellen der Nocken bietet.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass das Trägerelement mindestens zwei Trägerabschnitte aufweist, wobei die mindestens zwei Trägerabschnitte im Wesentlichen axial hintereinander längs einer Längsachse angeordnet sind, und dass die mindestens zwei Trägerabschnitte derartig ausgestaltet, aufeinander abgestimmt und miteinander verbunden sind, dass die mindestens zwei Trägerabschnitte axial längs der Längsachse zueinander verschiebbar sind. Das Trägerelement bzw. die Welle verfügt somit über mindestens zwei Komponenten oder Trägerabschnitte, die axial zueinander längs einer Längsachse verschiebbar sind. Bei der Längsachse handelt es sich vorzugsweise um die Achse, um welche die Nockenwelle sich im eingebauten Zustand dreht. Durch die axiale Verschiebung können Nocken relativ zu den Ventilen verschoben bzw. die Ventile können in Kontakt mit unterschiedlich ausgestalteten Nocken gebracht werden.
Eine Ausgestaltung sieht vor, dass mindestens ein Rollkörper vorgesehen ist, und dass der mindestens eine Rollkörper derartig ausgestaltet und zwischen den mindestens zwei axial zueinander verschiebbaren Trägerabschnitten angeordnet ist, dass mindestens durch den mindestens einen Rollkörper die mindestens zwei Trägerabschnitte axial zueinander verschiebbar sind. In dieser Ausgestaltung erfolgt das Verschieben somit z. B. über Rollen oder Kugeln, welche z. B. radial zwischen abschnittsweise koaxial angeordneten Trägerabschnitten angeordnet sind.
Eine Ausgestaltung besteht darin, dass mindestens ein Kugelkäfig vorgesehen ist, wobei der Kugelkäfig den mindestens einen Rollkörper hält. In dem Fall, dass mehrere Rollkörper – insbesondere Kugeln – vorgesehen sind, sorgt der Kugelkäfig beispielsweise für einen ausreichenden Abstand zwischen hintereinander, z. B. in einer Laufbahn angeordneten Rollkörpern. Weiterhin lassen sich durch einen Kugelkäfig Rollkörper in unterschiedlichen Bahnen in der gleichen Ebene halten.
Eine Ausgestaltung sieht vor, dass mindestens einer der mindestens zwei Trägerabschnitte an einer Innenseite und/oder an einer Außenseite mindestens eine Führungsrille für den mindestens einen Rollkörper aufweist. In dieser Ausgestaltung verfügt mindestens ein Trägerabschnitt über entsprechende Führungsrillen oder Bahnen, in welchen der mindestens eine Rollkörper geführt wird. Vorzugsweise verlaufen die Führungsrillen axial parallel zur Längsachse. Weiterhin sind vorzugsweise mehrere Führungsrillen vorgesehen, welche jeweils symmetrisch zur Längsachse ausgestaltet und angeordnet sind. Weiterhin befinden sich vorzugsweise in den Führungsrillen jeweils gleich viele Rollkörper.
Eine Ausgestaltung beinhaltet, dass einer der mindestens zwei Trägerabschnitte an einer Innenseite eine Führungsrille für den mindestens einen Rollkörper aufweist, und dass der andere der mindestens zwei Trägerabschnitte an einer Außenseite mindestens eine Führungsrille für den mindestens einen Rollkörper aufweist, wobei die Führungsrille an der Innenseite und die Führungsrille an der Außenseite aufeinander abgestimmt sind. In dieser Ausgestaltung weisen beide Trägerabschnitte Führungsrillen auf, welche vorzugsweise einander zugeordnet sind und jeweils Paare bilden. In diesen Paaren werden die Rollkörper gehalten.
Eine Ausgestaltung sieht vor, dass mindestens einer der mindestens zwei Trägerabschnitte an einer Innenseite und/oder an einer Außenseite mindestens einen Begrenzungsanschlag aufweist. Der Begrenzungsanschlag begrenzt dabei insbesondere den axialen Verschiebeweg mindestens eines Rollkörpers innerhalb einer Führungsrille oder innerhalb eines Paares von Führungsrillen. Es handelt sich somit quasi um einen Anschlag, der zum einen den Verschiebeweg von mindestens zwei Trägerabschnitten beschränkt und der zum anderen ggf. auch verhindert, dass der Rollkörper oder die Rollkörper aus dem Bereich zwischen zwei Trägerabschnitten herausfallen. Die Begrenzungsanschläge verlaufen dabei vorzugsweise im Wesentlichen radial, so dass sie jeweils in die Bahnen der Rollkörper hineinragen. In dieser Ausgestaltung werden die Rollkörper durch Anschläge in ihrem Lauf aufgehalten. D. h. die Führungsrillen sind vorzugsweise an zwei Enden in radialer Richtung zumindest für den Weg der Rollkörper abgeschlossen. Ein Begrenzungsanschlag kann dabei auch durch einen z. B. radial nach innen oder außen verlaufenden Wandabschnitt gebildet sein. In einer alternativen oder ergänzenden Ausgestaltung sind die Anschläge z. B. durch in Nuten gehaltene Ringe gegeben.
Eine Ausgestaltung sieht vor, dass mindestens einer der mindestens zwei Trägerabschnitte im Wesentlichen rohrförmig ausgestaltet ist. Eine Ausgestaltung beinhaltet, dass mindestens einer der mindestens zwei Trägerabschnitte zumindest teilweise hohl ist.
Eine Ausgestaltung sieht vor, dass einer der mindestens zwei Trägerabschnitte zumindest abschnittsweise in dem anderen der mindestens zwei Trägerabschnitte angeordnet ist. Handelt es sich um mehr als zwei Trägerabschnitte, so sind in einer Ausgestaltung alle Trägerabschnitte teleskopartig axial hintereinander angeordnet.
Eine Ausgestaltung beinhaltet, dass mindestens ein Alternativnocken vorgesehen ist, und dass der Alternativnocken auf dem Trägerelement angeordnet ist. Auf dem Trägerelement sind somit zumindest der Nocken und der Alternativnocken angeordnet. Diese Bezeichnung soll wiedergeben, dass es sich beispielsweise um die Nocken eines Ventils handelt, die jeweils ein anderes Öffnungsverhalten des Ventils erzeugen und die durch die axiale Verschiebung der Trägerabschnitte in Kontakt mit dem Ventil gebracht werden. In einer Ausgestaltung ist für jedes Ventil des Motors, bei welchem die Nockenwelle zum Einsatz kommt, ein „Satz” von unterschiedlichen Nockenwellen vorgesehen. Der Nocken und der Alternativnocken oder die Alternativnocken sind dabei in einer Variante einzelne Nocken und sind in einer alternativen Ausgestaltung Abschnitte eines einstückigen Nockenelements, welches abschnittsweise unterschiedliche Nockenkonturen aufweist. In einer Ausgestaltung ist ein Nocken oder Alternativnocken derartig ausgestaltet, dass er ein Abschalten eines Zylinders bewirkt.
Eine Ausgestaltung sieht vor, dass der Alternativnocken und der Nocken auf einem der mindestens zwei Trägerabschnitte angeordnet sind. In dieser Ausgestaltung befinden sich somit der Nocken und der Alternativnocken auf dem gleichen Trägerabschnitt.
Eine Ausgestaltung beinhaltet, dass der Alternativnocken und der Nocken auf jeweils einem der mindestens zwei Trägerabschnitte angeordnet sind. In dieser Ausgestaltung befinden sich somit der Nocken und der Alternativnocken auf unterschiedlichen Trägerabschnitten, vorzugsweise jedoch auf benachbart angeordneten Trägerabschnitten.
Eine Ausgestaltung sieht vor, dass der Nocken und der Alternativnocken in Bezug auf ihre Geometrie und/oder in Bezug auf die radiale Orientierung auf dem Trägerelement verschieden voneinander sind. Durch die axiale Verschiebung der Trägerabschnitte lassen sich somit unterschiedliche Nocken axial verschieben und in Wirkkontakt mit den Ventilen schieben. Somit sind in einer Ausgestaltung für einzelne Zylinder oder Gruppen von Zylindern unterschiedliche Nocken und Alternativnocken vorgesehen, welche jeweils ein anderes Schließverhalten der Zylinder bewirken. Die Nocken werden dabei in Wirkkontakt mit den jeweiligen Zylindern gebracht, indem die Trägerabschnitte, auf welchen sich die Nocken bzw. Alternativnocken befinden, zueinander verschoben werden. Dabei ist es beispielsweise möglich, nur ausgesuchte Trägerabschnitte zu verschieben und die darauf befindlichen Nocken bezogen auf die jeweiligen Zylinder zu wechseln. Durch die Erfindung müssen nicht alle Zylinder gleich angesteuert werden, sondern sie können einzeln oder gruppenweise angesteuert werden. So kann beispielsweise auch das Abschalten von Zylindern oder Gruppen von Zylindern vorgenommen werden. Ein Vorteil besteht somit darin, dass die erfindungsgemäße Nockenwelle ein Verstellen von einzelnen Nocken bzw. Nockengruppen erlaubt.
Die Erfindung wird anhand in den Figuren dargestellter Ausführungsbeispiele näher erläutert. Dabei zeigen:
1: einen Schnitt durch eine erfindungsgemäße Nockenwelle, und
2: einen vergrößerten Ausschnitt der Nockenwelle der 1.
Die 1 zeigt einen Schnitt durch eine erfindungemäße Nockenwelle. Sie besteht aus einem Trägerelement 1, einer sog. Welle, welche hier im Wesentlichen als Hohlrohr ausgestaltet ist, und den einzelnen Nocken 2. Eingezeichnet ist die Längsachse 10, um welche sich die Nockenwelle im eingebauten Zustand dreht. Das Trägerelement 1 besteht hier aus mehreren Trägerabschnitten 3, welche jeweils abschnittsweise ineinander eingebracht sind. In einer alternativen Ausgestaltung sind die Trägerabschnitte 3 derartig ausgestaltet und miteinander verbunden, dass das Trägerelement 1 einen Verlauf mit im Wesentlichen gleichem Außendurchmesser aufweist. Radial zwischen jeweils zwei konzentrisch angeordneten Trägerabschnitten 3 befinden sich jeweils in einem Kugelkäfig 8 Rollkörper 4, über welche sich die Trägerabschnitte 3 axial zueinander längs der Längsachse 10 verschieben lassen. Der Kugelkäfig 8 hält dabei u. a. die Rollkörper 4 in einer Ebene und in einem ausreichenden Abstand zueinander. Auf den Trägerabschnitten 3 sind hier beispielhaft jeweils zwei Gruppen von drei Nocken vorgesehen. Diese Nocken seien als Nocken 2 und Alternativnocken 7 bezeichnet. Dies dient jedoch nur der Erläuterung. Wesentlich ist, dass jeweils unterschiedlich ausgestaltete und/oder unterschiedlich ausgerichtete Nocken auf unterschiedlichen axialen Positionen vorgesehen sind. Diese können – wie hier – auf jeweils einem Trägerabschnitt 3 gruppiert oder auf mehrere Trägerabschnitte 3 verteilt sein. In der Anwendung werden die Trägerabschnitte 3 durch eine entsprechende Vorrichtung – beispielweise hydraulisch oder durch Greifelemente oder elektromagnetisch, von innen oder von außen – axial verschoben, so dass jeweils unterschiedliche Nocken die Ventile ansteuern. Die Trägerabschnitte 3 werden dabei gemeinsam oder einzeln axial verschoben, wobei sie jeweils temporär durch eine Fixiervorrichtung 9 axial zueinander fixiert sein können. Die Fixiervorrichtungen 9 greifen in dem hier gezeigten Beispiel zum einen in eine Nut des innen angeordneten Trägerabschnitts und zum anderen abhängig von der Verschiebung der Trägerabschnitte zueinander in eine der hier drei Nuten des äußeren Trägerabschnitts ein. Dabei handelt es sich beispielsweise um ein federndes Element, welches über einen passenden Mechanismus – z. B. mechanisch, magnetisch usw. – bedienbar ist und dabei beispielsweise eine Kugel oder einen beliebigen Körper verschiebt. Die Fixiervorrichtungen 9 sind insbesondere durch eine – hier nicht dargestellte – Steuereinheit bedienbar. Für ein schnelles Verstellen der einzelnen Trägerabschnitte 3 sind ggf. noch weitere Anschläge vorgesehen, gegen welche die Verschiebungen stattfinden. Für das Verschieben von einzelnen Trägerabschnitten 3 sind in einer Ausgestaltung jeweils zumindest zwei Fixiervorrichtungen 9 bzw. deren Ansteuerungen für das Verschieben funktionell miteinander gekoppelt. Zu sehen ist an den Enden der einzelnen Trägerabschnitte 3 jeweils noch eine Vertiefung, über welche das Trägerelement 1 beispielweise gelagert wird.
Die 2 zeigt einen Ausschnitt der Variante der 1. Die Trägerabschnitte 3 sind jeweils hohl und im Wesentlichen zylindrisch ausgestaltet. Sie weisen einen aufgeweiteten Bereich auf, in welchem sie einander überlappen und in welchem die Rollkörper 4 angeordnet sind. An der Innenseite verfügt der Trägerabschnitt 3 in der Aufweitung mit größerem Durchmesser über eine Führungsrille 5, die sich beispielsweise als Bahn axial längs der Längsachse 10 erstreckt. An die Aufweitung schließt sich axial ein Bereich mit einem kleineren Außendurchmesser an. Die Nocken 2 und Alternativnocken 7 sind in dieser Variante auf dem Bereich mit größerem Außendurchmesser befestigt, z. B. über Pressverband, Formschluss, Schweiß-, Löt- oder Klebverbindung oder über ein Aufweiten des Trägerelements 1. Alternativ befinden sich die Nocken 2 und Alternativnocken 7 auf dem Bereich mit geringerem Außendurchmesser. Das Ende der Führungsrille 5 des jeweils äußeren Trägerabschnitts 3 fungiert hier als Begrenzungsanschlag 6 für die Rollkörper 4 und somit auch für die Verschiebung der Trägerabschnitte 3 zueinander. Zu sehen sind hier nur zwei Paare an Führungsrillen 5. Vorzugsweise sind weitere Paare symmetrisch um die Trägerabschnitte 3 herum angeordnet. In einer weiteren Ausgestaltung sind die Nocken 2, 7 teilweise auf der Aufweitung und teilweise auf dem Bereich mit geringerem Durchmesser angeordnet.

Claims

Nockenwelle, mit mindestens einem Trägerelement, und mit mindestens einem Nocken, dadurch gekennzeichnet, dass das Trägerelement mindestens zwei Trägerabschnitte aufweist, wobei die mindestens zwei Trägerabschnitte im Wesentlichen axial hintereinander längs einer Längsachse angeordnet sind, und dass die mindestens zwei Trägerabschnitte derartig ausgestaltet, aufeinander abgestimmt und miteinander verbunden sind, dass die mindestens zwei Trägerabschnitte axial längs der Längsachse zueinander verschiebbar sind.
Nockenwelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Rollkörper vorgesehen ist, und dass der mindestens eine Rollkörper derartig ausgestaltet und zwischen den mindestens zwei axial zueinander verschiebbaren Trägerabschnitten angeordnet ist, dass mindestens durch den mindestens einen Rollkörper die mindestens zwei Trägerabschnitte axial zueinander verschiebbar sind.
Nockenwelle nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Kugelkäfig vorgesehen ist, wobei der Kugelkäfig den mindestens einen Rollkörper hält.
Nockenwelle nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens einer der mindestens zwei Trägerabschnitte an einer Innenseite und/oder an einer Außenseite mindestens eine Führungsrille für den mindestens einen Rollkörper aufweist.
Nockenwelle nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass einer der mindestens zwei Trägerabschnitte an einer Innenseite eine Führungsrille für den mindestens einen Rollkörper aufweist, und dass der andere der mindestens zwei Trägerabschnitte an einer Außenseite mindestens eine Führungsrille für den mindestens einen Rollkörper aufweist, wobei die Führungsrille an der Innenseite und die Führungsrille an der Außenseite aufeinander abgestimmt sind.
Nockenwelle nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens einer der mindestens zwei Trägerabschnitte an einer Innenseite und/oder an einer Außenseite mindestens einen Begrenzungsanschlag aufweist.
Nockenwelle nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass einer der mindestens zwei Trägerabschnitte zumindest abschnittsweise in dem anderen der mindestens zwei Trägerabschnitte angeordnet ist.
Nockenwelle nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Alternativnocken vorgesehen ist, und dass der Alternativnocken auf dem Trägerelement angeordnet ist.
Nockenwelle nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Alternativnocken und der Nocken auf einem der mindestens zwei Trägerabschnitte angeordnet sind.
Nockenwelle nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Nocken und der Alternativnocken in Bezug auf ihre Geometrie und/oder in Bezug auf die radiale Orientierung auf dem Trägerelement verschieden voneinander sind.