DE102010005606A1

DE102010005606A1 - Nockenfolger zur Betätigung eines Gaswechselventils

Info

Publication number: DE102010005606A1
Application number: DE102010005606A
Authority: DE
Inventors: Stephan 91362 Möck
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2010-01-25
Filing date: 2010-01-25
Publication date: 2011-07-28
Also published as: PL2529088T3; KR20120118017A; EP2529088A1; JP2013518207A; MX2012007777A; EP2529088B1; CN102725484A; JP5808343B2; US8656878B2; WO2011088924A1; CN102725484B; US20120291736A1; KR101701550B1

Abstract

Vorgeschlagen ist ein Nockenfolger (1, 1') zur Betätigung eines Gaswechselventils einer Brennkraftmaschine, mit einem Gehäuse (2, 2') und einer in einer Aussparung (4) des Gehäuses gelagerten Nockenrolle (3) zum Abgriff eines Nockens einer Nockenwelle, wobei die Nockenrolle mittels eines in ihrer Lagerbohrung (13) verlaufenden Nadellagers (12) auf einem Lagerbolzen (8) radial gelagert ist und die Breite (B1) des Nadellagers deutlich größer als die Breite (B2) der Nockenrolle im Bereich des Nockenabgriffs ist. Dabei soll die Breite des Nadellagers deutlich größer als die Breite der Nockenrolle im Bereich der Lagerbohrung und deutlich größer als der lichte Abstand (B3) von Rollenanlaufflächen (17, 17') sein, welche die Aussparung begrenzen und an denen die Nockenrolle mit ihren Stirnseiten (16) axial anläuft.

Description

Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft einen Nockenfolger zur Betätigung eines Gaswechselventils einer Brennkraftmaschine, mit einem Gehäuse und einer in einer Aussparung des Gehäuses gelagerten Nockenrolle zum Abgriff eines Nockens einer Nockenwelle. Die Nockenrolle ist mittels eines in ihrer Lagerbohrung verlaufenden Nadellagers auf einem die Aussparung überspannenden und sich am Gehäuse abstützenden Bolzen radial gelagert, und die Breite des Nadellagers ist deutlich größer als die Breite der Nockenrolle im Bereich des Nockenabgriffs.
Hintergrund der Erfindung
Ein Nockenfolger mit einer derartigen Nockenrolle ist aus der als gattungsbildend betrachteten DE 101 21 798 A1 bekannt und eignet sich in besonderem Maße für den Einsatz in hubvariablen Ventiltrieben mit axial verschiebbaren Nockengruppen, deren unterschiedliche Nockenerhebungen mittels des Nockenfolgers selektiv auf das Gaswechselventil übertragen werden. Um den erforderlichen Freigang eines benachbarten, d. h. momentan nicht mit der Nockenrolle in Eingriff befindlichen Nockens gegenüber der Nockenrolle und gleichzeitig zu gewährleisten, dass die Hertz'schen Pressungen in der Nadellagerung die zulässigen Belastungsgrenzen nicht übersteigen, entspricht die Breite der Nockenrolle im Bereich des Nockenabgriffs im wesentlichen der Breite eines Nockens und im Bereich des Nadellagers dessen Breite, die deutlich größer als die Breite eines Nockens ist. Mit anderen Worten ist der aus dem zitierten Stand der Technik bekannte Nockenfolger mit einer beidseits im Durchmesser gestuften Nockenrolle versehen, deren Durchmesserstufen eine entsprechend große Breite aufweisen.
Aufgabe der Erfindung
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen Nockenfolger der eingangs genannten Art mit einer fertigungstechnisch günstigeren Nockenrolle anzugeben.
Zusammenfassung der Erfindung
Die Lösung dieser Aufgabe ergibt sich aus den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1, während vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen der Erfindung den Unteransprüchen entnehmbar sind. Demnach soll die Breite des Nadellagers deutlich und zweckmäßigerweise 30% bis 60% größer als die Breite der Nockenrolle im Bereich der Lagerbohrung und deutlich größer als der lichte Abstand von Rollenanlaufflächen sein, welche die Aussparung begrenzen und an denen die Nockenrolle mit ihren Stirnseiten axial anläuft. Anders als im eingangs zitierten Stand der Technik ist es also vorgesehen, dass das käfiglose vollrollige oder käfiggeführte Nadellager aus der Lagerbohrung hervorsteht. Grundlage für diese erfindungsgemäße Ausgestaltung ist der Umstand, dass die Hertz'schen Pressungen an der vergleichsweise stark gekrümmten Innenlaufbahn deutlich größer als an der vergleichsweise gering gekrümmten Außenlaufbahn des Nadellagers sind, so dass die Breite der Nockenrolle im Bereich der Lagerbohrung, d. h. die Breite der Außenlaufbahn, deutlich kleiner als die für die Hertz'schen Pressungen maßgebliche Breite des Nadellagers, d. h. die Breite der Innenlaufbahn, dimensioniert werden kann.
Im fertigungstechnisch besonders bevorzugten Fall soll die Nockenrolle ebene Stirnseiten aufweisen. Das bedeutet, dass die Nockenrolle im Bereich des Nockenabgriffs und im Bereich der Lagerbohrung gleich breit ist und – von Übergangsfasen oder -rundungen zur Nockenabgriffsfläche und zur Lagerbohrung hin abgesehen – keine fertigungstechnisch aufwändigen Durchmesserstufen besitzt.
Die axiale Führung der Nockenrolle innerhalb der Aussparung erfolgt durch Rollenanlaufflächen, deren lichter Abstand deutlich kleiner als die Breite des Nadellagers und so gewählt ist, dass die Nockenrolle mit vorgegebenem Axialspiel in der Aussparung gelagert ist. Die Rollenanlaufflächen sind vorzugsweise so positioniert, dass die Nockenrolle und das Nadellager eine gemeinsame Symmetriequerebene aufweisen. Bei Vernachlässigung des Axialspiels von Nadellager und Nockenrolle heißt das, dass der axiale Überstand des Nadellagers aus der Lagerbohrung an beiden Stirnseiten der Nockenrolle identisch ist. Alternativ können aber die Rollenanlaufflächen auch so positioniert sein, dass die Nockenrolle bezüglich des Nadellagers außermittig umläuft, so dass beispielsweise das Nadellager nur an derjenigen Stirnseite der Nockenrolle, an welcher Freigang für einen benachbarten Nocken erforderlich ist, aus deren Lagerbohrung hervorsteht.
Das Nadellager kann entweder unmittelbar auf dem Lagerbolzen oder auf einer auf dem Lagerbolzen aufgenommenen Lagerbuchse abwälzen, die bevorzugt radial gleitend auf dem Lagerbolzen aufgenommen ist.
Bei dem Nockenfolger handelt es sich um einen linear geführten Stößel oder einen mittig bzw. endseitig schwenkbeweglich gelagerten Kipp-, Schwing- oder Schlepphebel. Im Fall des Schlepphebels soll dessen längliches Gehäuse an seinem ersten Endabschnitt eine Gelenkpfanne zur Aufnahme eines Gelenkkopfs eines den Schlepphebel schwenkbeweglich lagernden Abstützelements, an seinem zweiten Endabschnitt eine Betätigungsfläche für das Gaswechselventil und in seinem Mittelabschnitt zwei die Aussparung begrenzende und den Lagerbolzen abstützende Gehäuseabschnitte aufweisen, an denen die Rollenanlaufflächen verlaufen.
Im Hinblick auf günstige Fertigungskosten soll das Gehäuse ein Biechumformteil mit einem U-förmigen Querschnittsprofil sein, das sich aus beidseits der Nockenrolle verlaufenden Seitenwänden und einem die Seitenwände verbindenden Boden mit der Gelenkpfanne und der Betätigungsfläche zusammensetzt. Dabei ist der Boden mit einer Öffnung für die Nockenrolle versehen, und die Rollenanlaufflächen sind durch die in Längsrichtung der Gehäuseabschnitte verlaufenden Innenkanten der Öffnung gebildet. In einer hierzu alternativen Ausgestaltung sind die Rollenanlaufflächen durch punktuelle Erhebungen auf den einander zugewandten Innenseiten der Seitenwände gebildet. Während je Seitenwand eine Erhebung für die axiale Führung der Nockenrolle ausreichend ist, können auch mehrere Erhebungen pro Seitenwand vorgesehen sein. Die zweckmäßigerweise durch Anprägen der Seitenwände hergestellten Erhebungen können in punktuellem oder flächigem Kontakt zu den Stirnseiten der Nockenrolle stehen.
Das U-förmige Querschnittsprofil ist vorzugsweise so orientiert, dass sich bezüglich des Bodens die Seitenwände und die Gelenkpfanne in dieselbe Richtung erheben. Mit anderen Worten ist das U-Profil des Nockenfolgers zum Gaswechselventil hin geschlossen. Alternativ kann auch ein zum Gaswechselventil hin offenes U-Profil (inverses U-Profil) vorgesehen sein, bei dem sich die Seitenwände und die Gelenkpfanne in entgegengesetzte Richtungen erheben.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung und aus den Zeichnungen, in denen die Erfindung am Beispiel von zwei Schlepphebeln dargestellt ist. Es zeigen:
1 den ersten Schlepphebel in perspektivischer Ansicht von schräg oben;
2 den ersten Schlepphebel in perspektivischer Ansicht von schräg unten;
3 den ersten Schlepphebel in Untersicht;
4 die Nockenrollenlagerung der Schlepphebel als Einzelheit in perspektivischer Ansicht;
5 die Nockenrollenlagerung gemäß 4 in Draufsicht und
6 das Gehäuse des zweiten Schlepphebels im Querschnitt.
Detaillierte Beschreibung der Zeichnungen
In den 1 bis 3 ist ein erstes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Nockenfolgers für einen Gaswechselventiltrieb einer Brennkraftmaschine in verschiedenen Ansichten offenbart. Der als Schlepphebel 1 ausgebildete Nockenfolger umfasst ein längliches Gehäuse 2, das aus Blechwerkstoff in einem Kaltumformprozess hergestellt ist, und eine Nockenrolle 3, die in einer Aussparung 4 des Gehäuses 2 gelagert ist und zum reibungsarmen Abgriff eines Nockens einer Nockenwelle dient. Das Gehäuse 2 weist an seinem ersten Endabschnitt eine kalottenförmige Gelenkpfanne 5 zur Aufnahme eines sphärischen Gelenkkopfs eines den Schlepphebel 1 schwenkbeweglich lagernden Abstützelements, an seinem zweiten Endabschnitt eine Betätigungsfläche 6 für ein Gaswechselventil und in seinem Mittelabschnitt zwei die Aussparung 4 begrenzende Gehäuseabschnitte 7 auf, in denen ein die Aussparung 4 überspannender und die Nockenrolle 3 radial lagernder Lagerbolzen 8 mittels stirnseitigen Verstemmens abgestützt ist.
Das Gehäuse 2 besitzt ein U-förmiges Querschnittsprofil, das sich aus beidseits der Nockenrolle 3 verlaufenden Seitenwänden 9 und einem die Seitenwände 9 verbindenden Boden 10 mit der Gelenkpfanne 5 und der Betätigungsfläche 6 zusammensetzt. Das Querschnittsprofil ist zum Gaswechselventil hin geschlossen und mithin so orientiert, dass sich bezüglich des Bodens 10 die Seitenwände 9 und die Gelenkpfanne 5 in dieselbe Richtung erheben. Der Boden 10 ist mit einer Öffnung 11 für die Nockenrolle 3 versehen.
Gemäß 4 erfolgt die Lagerung der Nockenrolle 3 auf dem Lagerbolzen 8 sowohl mittels eines vollrolligen, d. h. käfiglosen Nadellagers 12, dessen Außenlaufbahn durch die Lagerbohrung 13 der Nockenrolle 3 gebildet ist, als auch mittels einer Lagerbuchse 14, die radial gleitend auf dem Lagerbolzen 8 aufgenommen ist und die Innenlaufbahn des Nadellagers 12 bildet. Aus 5 wird deutlich, dass die Breite B1 des Nadellagers 12 nicht nur deutlich größer als die Breite B2 der Nockenrolle 3 im Bereich des Nockenabgriffs, d. h. die Breite ihrer Außenmantelfläche 15, sondern auch deutlich größer als dieselbe Breite B2 der Nockenrolle 3 im Bereich ihrer Lagerbohrung 13 ist, so dass das Nadellager 12 und die Lagerbuchse 14 gegenüber den hier eben ausgebildeten Stirnseiten 16 der Nockenrolle 3 hervorstehen. Vorliegend ist B1 etwa 40% größer als B2.
Die in 3 eingezeichnete Bemaßung zeigt, dass die Breite B1 des innen an den Seitenwänden 9 anlaufenden Nadellagers 12 auch deutlich größer als der lichte Abstand B3 von Rollenanlaufflächen 17 ist, an denen die Nockenrolle 3 mit ihren Stirnseiten 16 axial anläuft. Die Rollenanlaufflächen 17 sind durch die in Längsrichtung der Gehäuseabschnitte 7 verlaufenden Innenkanten der Öffnung 11 gebildet und so positioniert, dass die Nockenrolle 3, das Nadellager 12 und die Lagerbuchse 14 eine gemeinsame Symmetriequerebene aufweisen. Bei Vernachlässigung des jeweiligen Axialspiels (das Axialspiel der Nockenrolle 3 in der Aussparung 4 ist durch die Differenz B3–B2 gegeben) heißt das, dass der Überstand des Nadellagers 12 und der Lagerbuchse 14 aus der Lagerbohrung 13 an beiden Stirnseiten 16 der Nockenrolle 3 identisch ist.
Ein zweites Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Nockenfolgers geht aus 6 hervor, in welcher lediglich das Gehäuse 2' des ebenfalls als Schlepphebel 1' ausgebildeten Nockenfolgers im Querschnitt dargestellt ist. Der Schlepphebel 1' unterscheidet sich von dem Schlepphebel 1 lediglich durch die Rollenanlaufflächen 17', die in diesem Fall durch angeprägte punktuelle Erhebungen auf den einander zugewandten Innenseiten der Seitenwände 9' gebildet sind.
Eine bezüglich der Rollenanlaufflächen weitere, jedoch nicht dargestellte Alternative besteht darin, den Abstand der Seitenwände 9 nicht am zweiten Endabschnitt des Gehäuses 2, (wie in 3 dargestellt), sondern bereits in dessen Mittelabschnitt auf die Breite B3 zu verkleinern. In diesem Fall würden die Stirnseiten 16 der Nockenrolle 3 an den aufeinander zulaufenden Innenseiten der Seitenwände axial anlaufen.
Bezugszeichenliste

1: Nockenfolger/Schlepphebel
2: Gehäuse
3: Nockenrolle
4: Aussparung
5: Gelenkpfanne
6: Betätigungsfläche
7: Gehäuseabschnitt
8: Lagerbolzen
9: Seitenwand
10: Boden
11: Öffnung
12: Nadellager
13: Lagerbohrung
14: Lagerbuchse
15: Außenmantelfläche der Nockenrolle
16: Stirnseite der Nockenrolle
17: Rollenanlauffläche
B1: Breite des Nadellagers
B2: Breite der Nockenrolle
B3: lichter Abstand der Rollenanlaufflächen

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 10121798 A1 [0002]

Claims

Nockenfolger (1, 1') zur Betätigung eines Gaswechselventils einer Brennkraftmaschine, mit einem Gehäuse (2, 2') und einer in einer Aussparung (4) des Gehäuses (2, 2') gelagerten Nockenrolle (3) zum Abgriff eines Nockens einer Nockenwelle, wobei die Nockenrolle (3) mittels eines in ihrer Lagerbohrung (13) verlaufenden Nadellagers (12) auf einem die Aussparung (4) überspannenden und sich am Gehäuse (2, 2') abstützenden Lagerbolzen (8) radial gelagert ist und die Breite (B1) des Nadellagers (12) deutlich größer als die Breite (B2) der Nockenrolle (3) im Bereich des Nockenabgriffs ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Breite (B1) des Nadellagers (12) deutlich größer als die Breite (B2) der Nockenrolle (3) im Bereich der Lagerbohrung (13) und deutlich größer als der lichte Abstand (B3) von Rollenanlaufflächen (17, 17') ist, welche die Aussparung (4) begrenzen und an denen die Nockenrolle (3) mit ihren Stirnseiten (16) axial anläuft.
Nockenfolger nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Stirnseiten (16) der Nockenrolle (3) eben ausgebildet sind.
Nockenfolger nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Rollenanlaufflächen (17, 17') so positioniert sind, dass die Nockenrolle (3) und das Nadellager (12) eine gemeinsame Symmetriequerebene aufweisen.
Nockenfolger nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Breite (B1) des Nadellagers (12) 30% bis 60% größer als die Breite (B2) der Nockenrolle (3) im Bereich der Lagerbohrung (13) ist.
Nockenfolger nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Nadellager (12) auf einer auf dem Lagerbolzen (8) aufgenommenen Lagerbuchse (14) abwälzt.
Nockenfolger nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Lagerbuchse (14) auf dem Lagerbolzen (8) radial gleitend aufgenommen ist.
Nockenfolger nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Nockenfolger als Schlepphebel (1) ausgebildet ist, dessen längliches Gehäuse (2) an seinem ersten Endabschnitt eine Gelenkpfanne (5) zur Aufnahme eines Gelenkkopfs eines den Schlepphebel (1) schwenkbeweglich lagernden Abstützelements, an seinem zweiten Endabschnitt eine Betätigungsfläche (6) für das Gaswechselventil und in seinem Mittelabschnitt zwei die Aussparung (4) begrenzende und den Lagerbolzen (8) abstützende Gehäuseabschnitte (7) aufweist, an denen die Rollenanlaufflächen (17) verlaufen.
Nockenfolger nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei dem Gehäuse (2) um ein Blechumformteil mit einem U-förmigen Querschnittsprofil handelt, das sich aus beidseits der Nockenrolle (3) verlaufenden Seitenwänden (9) und einem die Seitenwände (9) verbindenden Boden (10) mit der Gelenkpfanne (5) und der Betätigungsfläche (6) zusammensetzt, wobei der Boden (10) mit einer Öffnung (11) für die Nockenrolle (3) versehen ist und die Rollenanlaufflächen (17) durch die in Längsrichtung der Gehäuseabschnitte (7) verlaufenden Innenkanten der Öffnung (11) gebildet sind.
Nockenfolger nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei dem Gehäuse (2') um ein Blechumformteil mit einem U-förmigen Querschnittsprofil handelt, das sich aus beidseits der Nockenrolle (3) verlaufenden Seitenwänden (9') und einem die Seitenwände (9') verbindenden Boden (10) mit der Gelenkpfanne (5) und der Betätigungsfläche (6) zusammensetzt, wobei die Rollenanlaufflächen (17') durch punktuelle Erhebungen auf den einander zugewandten Innenseiten der Seitenwände (9') gebildet sind.
Nockenfolger nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass das U-förmige Querschnittsprofil so orientiert ist, dass sich bezüglich des Bodens (10) die Seitenwände (9, 9') und die Gelenkpfanne (5) in dieselbe Richtung erheben.