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Die
Erfindung betrifft eine Nockenwelle insbesondere für eine Brennkraftmaschine
mit zumindest einem Nocken und zumindest zwei Lagerstellen zur Lagerung
an einem Gehäuse.
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Nockenwellen
beispielsweise zur Steuerung des Gasaustausches von Zylindern einer
in Kraftfahrzeugen eingebauten Brennkraftmaschine sind seit langem
bekannt. Die Nockenwellen sind dabei mehrfach gegenüber dem
Gehäuse
gelagert. Zur Schmierung der Lagerstellen beziehungsweise der an
diesen aufgenommenen Lager wird beispielsweise bei oben liegenden
Nockenwellen Schmiermittel wie Öl in
den Ventilraum gepumpt, wobei entsprechende Bohrungen, Kanäle oder
dergleichen zur Schmiermittelversorgung im Gehäuse vorgesehen sind, die in den
Ventilraum münden
und durch die das Schmiermittel wieder abgeführt wird. Aus konstruktiven
und bauartbedingten Gründen
kann dabei gegebenenfalls eine Unterversorgung einer Lagerstelle
mit Schmiermittel auftreten.
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Für die vorliegende
Erfindung stellt sich daher die Aufgabe, eine Nockenwelle vorzuschlagen, bei
der alle Lagerstellen ausreichend mit Schmiermittel versorgt werden.
Hierbei soll eine kostengünstige Lösung angestrebt
werden.
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Die
Aufgabe wird durch eine Nockenwelle insbesondere für eine Brennkraftmaschine
bestehend aus zumindest einem Hohlwellenabschnitt mit zumindest
einem gefügten
Nocken und zumindest zwei Lagerstellen an einem Gehäuse gelöst, wobei
in dem zumindest einen Hohlwellenabschnitt Öffnungen vorgesehen sind und
die Öffnungen
innerhalb des zumindest einen Hohlwellenabschnitts miteinander mittels
eines Verbindungselements verbunden sind. In vorteilhafter Weise
wird die Nockenwelle als gebaute Nockenwelle hergestellt, die aus
zumindest einem Hohlwellenabschnitt hergestellt ist, so dass im inneren
Hohlraum ein entsprechendes Verbindungsmittel zur Verbindung der Öffnungen
eingebracht werden kann.
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Auf
diese Weise kann eine schlecht versorgte Lagerstelle ausreichend
mit Schmiermittel versorgt werden, indem das Schmiermittel von der
besser versorgten Öffnung,
beispielsweise von einer an einer Lagerstelle angeordneten Öffnung,
transportiert wird. Dabei kann zumindest eine Öffnung unterhalb eines Innenlagerrings
eines Lagers wie Wälz-
oder Gleitlagers angeordnet sein. Beispielsweise kann der Innenlagerring
geteilt sein, so dass das aus der Öffnung austretende Schmiermittel
direkt auf die Wälzkörper gelangen
kann.
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Es
versteht sich, dass von dem erfinderischen Gedanken in derselben
Weise eine Verbindung mehrerer Lagerstellen erfasst ist, wobei zumindest
eine Öffnung,
beispielsweise eine an einer Lagerstelle angeordnete Öffnung oder
eine zentrale Versorgungsöffnung,
die auch druckbeaufschlagt Schmiermittel in den Innenraum oder einen
Kanal des zumindest einen Hohlwellenabschnitts bringen kann, mit
Schmiermittel versorgt wird und die anderen Öffnungen als Austrittsöffnungen
an den Lagerstellen dienen. Weiterhin können an den Lagerstellen Öffnungen
vorgesehen sein, die zusammen mit dem diese verbindenden Leitungssystem
im Innern des zumindest einen Hohlwellenabschnitts über zumindest
einen axialen Abschnitt der Nockenwelle als nivellierend für das Schmiermittel
dienen. Es hat sich als vorteilhaft gezeigt, die Verbindung zwischen
den zumindest zwei Öffnungen
so vorzusehen, dass in ein eingebrachtes Verbindungselement an dessen Oberfläche Material
zwischen den zumindest zwei Öffnungen
abgetragen wird, so dass sich nach dem Einbringen des Verbindungselements
mit dem Innenumfang des zumindest einen Hohlwellenabschnitts ein
Verbindungskanal oder ein Ringraum bildet, der die zumindest zwei Öffnungen
miteinander verbindet.
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Gemäß einem
vorteilhaften Ausführungsbeispiel
kann das Verbindungselement durch einen Zapfen gebildet sein, der
in den zumindest einen Hohlwellenabschnitt eingebracht ist und der
mittels eines in diesen eingebrachten Kanals die beiden Öffnungen
miteinander verbindet. Dabei kann der Zapfen eine Längsnut zur
Bildung des Kanals aufweisen. Alternativ kann durch ein radiales
Abtragen des Umfangs des Zapfens ein Ringraum gebildet werden, wobei
an beiden Enden des Zapfens jeweils ein Bund zur Abstützung des
Zapfens am Innenumfang des zumindest einen Hohlwellenabschnitts
vorgesehen sein kann. Bei langen Ausführungen können ein oder mehrere Bünde zwischen
den beiden Enden des Zapfens zur Abstützung des Zapfens an dem zumindest
einen Hohlwellenabschnitt vorgesehen sein, wobei die dadurch entstehenden
Ringräume
durch entsprechende Ausnehmungen des oder der Bünde miteinander verbunden sind.
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Ein
vorteilhaftes Ausführungsbeispiel
einer gebauten Nockenwelle ist nach dem erfinderischen Gedanken
aus mehreren, beispielsweise zwei ineinander gesteckten Hohlwellenabschnitten
gebaut, wobei an mindestens zwei Hohlwellenabschnitten jeweils zumindest
eine Lagerstelle mit einer Öffnung
in dem Hohlwellenabschnitt vorgesehen ist. Die Hohlwellenabschnitte
sind dabei vorteilhafterweise ineinander gesteckt, indem beispielsweise
ein Hohlwellenabschnitt einen axialen Ansatz eines anderen Hohlwellenabschnitts
aufnimmt. Die so ineinander gesteckten Hohlwellenabschnitte können miteinander
verpresst sein, so dass eine Verbindungsmethode bereitgestellt werden
kann und keine weitere Verschmutzung während des Herstellungsprozesses
der Nockenwelle mehr entsteht. Alternativ können andere Fügeverfahren
eingesetzt werden.
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Es
hat sich als vorteilhaft gezeigt, das Verbindungselement axial außerhalb
der Öffnungen
gegenüber
dem zumindest einen Hohlwellenabschnitt abzudichten, so dass der
zwischen den Öffnungen transportierte
Schmiermittelfluss gegenüber
den Enden der Nockenwelle, die aus dem Gehäuse austreten können, isoliert
ist.
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Insbesondere
bei der Verwendung eines Zapfens aus Vollmaterial kann dieser drehfest
mit dem zumindest einen Hohlwellenabschnitt verbunden sein. Hierzu
wird der Zapfen vorzugsweise mittels eines Presssitzes mit dem zumindest
einen Hohlwellenabschnitt verbunden, der eine ausreichende Dichtigkeit
und ein ausreichendes Drehmoment übertragen kann, so dass der
Zapfen angetrieben werden kann und das Antriebsmoment auf den zumindest
einen Hohlwellenabschnitt mit den Nocken zur Steuerung der Brennkraftmaschine überträgt. Hierzu
kann der Zapfen als Wel lenendstück
der Nockenwelle ausgestaltet sein, der ein entsprechendes Eingriffsprofil
zu dessen Antrieb, beispielsweise eine Verzahnung für eine Nockenwellenkette
oder ein Formprofil für
einen Zahnriemen, aufweist.
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Das
dem mit dem Antrieb ausgestatteten Ende des Zapfens gegenüberliegende
Ende kann einen Bund aufweisen, der sich am Innenumfang des zumindest
einen Hohlwellenabschnitts abstützt,
wobei zwischen dem Innenumfang und dem Bund eine Ringdichtung beispielsweise
in einer Ringnut des Bunds angeordnet ist. In gleicher Weise kann
bei einem nicht angetriebenen Verbindungselement beidseitig an dessen
Enden ein entsprechend abgedichteter Bund vorgesehen sein.
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Durch
die vorgeschlagene Möglichkeit,
eine Lagerstelle durch entsprechende Öffnungen und ein Verbindungselement
innerhalb des zumindest einen Hohlwellenabschnitts zu versorgen,
ermöglicht
eine Anordnung einer Lagerstelle an einem schlecht versorgten Bereich
der Nockenwelle. Es können
daher Bauteile zwischen zwei Öffnungen
angeordnet werden, die beispielsweise einen Schmiermittelfluss an eine
Lagerstelle hemmen. Derartige Bauteile können beispielsweise sich radial
weit erstreckende Zahnräder
zum Antrieb der Nockenwelle sein oder Zahnräder, die Drehmoment von der
ihrerseits ebenfalls angetriebenen Nockenwelle auf ein weiteres
Aggregat, beispielsweise eine Pumpe, Klimaanlage oder dergleichen übertragen
oder die Funktion eines Signalgebers erfüllen. Weiterhin können eine
oder mehrere Versorgungsbohrungen im Gehäuse vorgesehen werden, die
nicht alle Lagerstellen ausreichend mit Schmiermittel versorgen.
Auf diese Weise brauchen beispielsweise keine Schmiermittelzuläufe in Gehäusebereichen
vorgesehen werden, die konstruktiv für diese kritisch einzustufen
sind, weil beispielsweise in diesen Bereichen andere Öffnungen
im Gehäuse verlaufen
oder eine Wandstärke
des Gehäuse
eine zu geringe Stärke
aufweist oder aufweisen soll.
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In
einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform kann das Verbindungselement
aus einem Rohrabschnitt gebildet sein, wobei die Wandstärke ausreichend
gewählt
wird, um eine radiale Abtragung zur Bildung des Verbindungskanals
oder des Ringraums zu ermöglichen.
Das Verbindungselement wird insbesondere bei statisch hoher Beanspruchung,
beispielsweise bei Nutzung des Verbindungselements als Antrieb für die Nockenwelle,
aus Stahl hergestellt. Bei geringerer Anforderung kann das Verbindungselement
aus Leichtmetallen und deren Legierungen oder aus Kunststoff hergestellt
sein. Entsprechend vorteilhafte Fertigungsverfahren für die Großserienfertigung
geeignete Herstellungsverfahren wie Druckguss- beziehungsweise Spritzgussverfahren werden
bevorzugt verwendet.
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Die
Erfindung wird anhand des in den 1 bis 3 dargestellten
Ausführungsbeispiels
näher erläutert. Dabei
zeigen:
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1 eine
geschnittene Ansicht einer erfindungsgemäßen Nockenwelle,
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2 einen
Querschnitt durch die in 1 gezeigte Nockenwelle
und
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3 eine
leicht geänderte
Ausführungsform
einer der Nockenwelle 1 der 1 ähnlichen Nockenwelle
im Detail in geschnittener Ansicht.
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Die 1 zeigt
die Nockenwelle 1, die als gebaute Nockenwelle aus zwei
Hohlwellenabschnitten 2, 3 gebildet ist, die axial
ineinander gefügt
sind. Auf den beiden Hohlwellen sind die für die Betätigung von Ventilen einer Brennkraftmaschine
notwendigen Nocken N1, N2, N3, N4, N5, N6 und N7 gefügt. Zur Lagerung
der Nockenwelle an einem nicht dargestellten Gehäuse beziehungsweise Gehäuseteil
wie Zylinderkopf sind über
die Nockenwelle 1 verteilt Lagerstellen L1, L2, L3, L4
und L5 vorgesehen, an denen beispielsweise Wälzlager angeordnet sind. Weiterhin können an
der Nockenwelle weitere Funktionsgruppen angeordnet sein, beispielsweise – wie gezeigt – ein Zahnrad 4,
das zum Antrieb der Nockenwelle 1 oder dem Antrieb eines
Zusatzaggregats, beispielsweise einer Pumpe, durch die Nockenwelle
dienen kann. Das Zahnrad 4 ist in dem gezeigten Ausführungsbeispiel
auf dem Hohlwellenabschnitt 2 angeordnet, beispielsweise
gefügt,
der zugleich als Wellenendstück 5 vorgesehen
ist und entsprechende Eingriffsprofile zum Antrieb der Nockenwelle 1 mittels
eines Zahnriemens oder einer Zahnkette aufweisen kann.
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Die
Lagerstellen L2 bis L5 beziehungsweise die an diesen Positionen
angeordneten Lager werden durch Zuführen von Schmiermittel über im Gehäuse vorgesehene
Kanäle
geschmiert, wobei dieses in einer Wanne eines Gehäuseteils,
beispielsweise des Zylinderkopfs gesammelt und wieder zurückgeführt wird.
Die Lagerstelle L1 ist dabei schlecht an diesen Schmierkreislauf
angebunden, da sie zum einen von dem Schmierkreislauf beispielsweise
durch das Zahnrad 4 und die notwendige Ankoppelung des Zusatzaggregats
beispielsweise über
einen Kettentunnel abgekoppelt und zum anderen eine separate Zuführung von
Schmiermittel über
das Gehäuse
kostentaufwendig oder konstruktionstechnisch ungünstig ist.
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Durch
die vorteilhafte Ausgestaltung der Nockenwelle 1 als gebaute
Nockenwelle und insbesondere der Ausgestaltung der innen hohlen
Hohlwellenabschnitte 2, 3 kann auf eine axiale
Hohlbohrung der Nockenwelle 1 verzichtet werden und in
die beiden Hohlwellenabschnitte 2, 3 ein Verbindungselement 6, das
in dem gezeigten Ausführungsbeispiel
als Zapfen 7 ausgestaltet ist, eingebracht werden, der
axial jeweils beabstandet zu den Lagerstellen L1, L2 mittels der
Ringdichtungen 8, 9 zwischen den Hohlwellenabschnitten 2, 3 und
dem Zapfen 7 einen Hohlraum 10 nach außen abgrenzt.
Dieser Hohlraum 10 bildet eine Verbindung zwischen den
beiden in den Hohlwellenabschnitten 2, 3 an den
Lagerstellen L1, L2 in die Nockenwelle 1 eingebrachten Öffnungen 11, 12,
so dass über
die Öffnung 12 der
Lagerstelle L2 Schmiermittel aufgenommen und über den Hohlraum 10 und
die Öffnung 11 an
die Lagerstelle L1 gelangen kann. Die Lagerung des Zapfens 7 erfolgt
dabei jeweils endseitig an den Bünden 13, 14 und
an einem dazwischen liegenden Bund 15.
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Wie
aus einem Querschnitt längs
der Schnittlinie A-A der 2 hervorgeht, weist der Bund 15 des Zapfens 7 eine
Längsnut 16 auf,
so dass in dem gezeigten Ausführungsbeispiel
der Hohlraum 10 (1) durch
zwei durch den Bund 15 getrennte und die Längsnut 16 verbundene
Ringräume 17, 18 (1)
gebildet ist. Aus der 2 geht weiterhin der gefügte Aufbau
der beiden Hohlwellenabschnitte 2, 3 hervor, wobei
die Hülse 19 des
Hohlwellenabschnitts 2 auf das Endstück 20 des Hohlwellenabschnitts 3 beispielsweise
mittels eines Presssitzes gefügt
ist.
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3 zeigt
eine leicht abgewandelte Version der Nockenwelle 1 der 1 in
Form der Nockenwelle 1a, die im Detail einer geschnittenen
Ansicht mit den gefügten
Nocken N1, N2, dem Zahnrad 4 und den Lagerstellen L1, L2
dargestellt ist. Im Unterschied zu der Nockenwelle 1 der 1 ist
der Zapfen 7a mehrteilig ausgebildet. Auf einer Aufnahmefläche 21 des
Zapfens ist dabei das Wellenendstück 5a beispielsweise
mittels eines Presssitzes gefügt.
Der Hohlraum 10 ist aus einem einzelnen Ringraum 22 zwischen
einer radialen Ausnehmung des Zapfens 7a und den Innenumfängen der
Hohlwellenabschnitte 2, 3 gebildet, da der zwischen
den Bünden 13, 14 angeordnete
Bund 15 der Nockenwelle 1 der 1 entfällt. Der
Ringraum 22 verbindet die beiden in den Hohlwellenabschnitten 2, 3 jeweils
vorgesehenen Öffnungen 11, 12.
Die Ringdichtung 8 dichtet den Ringraum 22 nach
außen
ab. Am anderen Ende des Zapfens 7a dient ein Presssitz 23 zwischen
Zapfen 7a und Hohlwellenabschnitt 2 als ausreichende
Abdichtung des Ringraums 22 nach außen.
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Die
mit der Anmeldung eingereichten Patentansprüche sind Formulierungsvorschläge ohne
Präjudiz
für die
Erzielung weitergehenden Patentschutzes. Die Anmelderin behält sich
vor, noch weitere, bisher nur in der Beschreibung und/oder Zeichnungen
offenbarte Merkmalskombinationen zu beanspruchen.
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In
Unteransprüchen
verwendete Rückbeziehungen
weisen auf die weitere Ausbildung des Gegenstandes des Hauptanspruches
durch die Merkmale des jeweiligen Unteranspruches hin; sie sind nicht
als ein Verzicht auf die Erzielung eines selbständigen, gegenständlichen
Schutzes für
die Merkmalskombination der rückbezogenen
Unteransprüche
zu verstehen.
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Da
die Gegenstände
der Unteransprüche
im Hinblick auf den Stand der Technik am Prioritätstag eigene und unabhängige Erfindungen
bilden können, behält sich
die Anmelderin vor, sie zum Gegenstand unabhängiger Ansprüche oder
Teilungserklä rungen zu
machen. Sie können
weiterhin auch selbständige Erfindungen
enthalten, die eine von den Gegenständen der vorhergehenden Unteransprüche unabhängige Gestaltung
aufweisen.
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Die
Ausführungsbeispiele
sind nicht als Einschränkung
der Erfindung zu verstehen. Vielmehr sind im Rahmen der vorliegenden
Offenbarung zahlreiche Abänderungen
und Modifikationen möglich, insbesondere
solche Varianten, Elemente und Kombinationen und/oder Materialien,
die zum Beispiel durch Kombination oder Abwandlung von einzelnen, in
Verbindung mit den in der allgemeinen Beschreibung und Ausführungsformen
sowie den Ansprüchen beschriebenen
und in den Zeichnungen enthaltenen Merkmalen beziehungsweise Elementen
oder Verfahrensschritten für
den Fachmann im Hinblick auf die Lösung der Aufgabe entnehmbar
sind und durch kombinierbare Merkmale zu einem neuen Gegenstand
oder zu neuen Verfahrensschritten beziehungsweise Verfahrensschrittfolgen
führen,
auch soweit sie Herstell-, Prüf- und Arbeitsverfahren
betreffen.