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Die Erfindung betrifft ein Schiebenockensystem mit einer Antriebswelle und einem in dieser gelagerten, in Achsrichtung der Antriebswelle verschieblichen Nockenpaket, das mehrere Nocken aufweist, sowie mit einer Rasteinrichtung zum Rastieren von Nockenpaket und Antriebswelle in unterschiedlichen Verschiebestellungen des Nockenpakets.
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Ein solches Schiebenockensystem findet Verwendung bei einem Zylinderkopf einer Verbrennungskraftmaschine. Jedem Ventil - Einlass- bzw. Auslassventil - zum Bewirken des Gaswechsels ist ein Nockenpaket zugeordnet, das mehrere, beispielsweise drei Nocken aufweist.
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Ein Schiebenockensystem der eingangs genannten Art ist aus der
DE 10 2008 005 639 A1 bekannt. Die Nockenpakete sind auf der als Zahnwelle ausgebildeten Antriebswelle, die im Zylinderkopf gelagert ist, verschiebbar angeordnet. Ein Problem hierbei ist, dass es aufgrund der Fertigungstoleranzen von Zahnwelle und Nockenpaket zu unzulässig hohen Grundkreisabweichungen der Nocken des Nockenpakets kommen kann. Diese Toleranzen können nur durch extrem genaue Fertigung der Einzelteile bzw. durch ein Schleifen der Nockenbahnen im fertig montierten Zustand der aus Antriebswelle und Nockenpaketen gebildeten Nockenwelle reduziert werden. Dies bedingt hohe Fertigungszeiten und Kosten. Die Ausbildung der Antriebswelle als Zahnwelle und die entsprechende Ausbildung des Nockenpakets mit Innenverzahnung bedingt überdies relativ hohe Verschiebekräfte beim Verschieben des Nockenpakets relativ zur Antriebswelle.
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Ein Schiebenockensystem, das die Merkmale des Oberbegriffs des Patentanspruchs 1 aufweist, ist aus der
DE 10 2009 055 868 A1 bekannt. Bei diesem besteht die Antriebswelle aus zwei Wellenabschnitten, die ineinandergesteckt und im ineinandergesteckten Bereich über ein Linearwälzlager relativ zueinander verstellbar sind.
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Beide Wellenabschnitte weisen radial außen ein Nockenpaket auf. Eine Rasteinrichtung dient dem Rastieren der beiden Wellenabschnitte zueinander und damit des mit dem einen Wellenabschnitt verbundenen Nockenpakets bezüglich des anderen Wellenabschnitts.
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Aufgabe der Erfindung ist es, ein Schiebenockensystem der eingangs genannten Art so weiter zu bilden, dass dieses sich durch eine relativ einfache Herstellbarkeit der Bauteile und reduzierte Verschiebekräfte zum Verstellen der Position des Nockenpakets relativ zur Antriebswelle auszeichnet. Insbesondere soll keine als Zahnwelle ausgebildete Antriebswelle erforderlich sein.
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Gelöst wird die Aufgabe mit einem Schiebenockensystem, das die Merkmale des Patentanspruchs 1 aufweist.
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Dadurch, dass das Lager zum verschieblichen Lagern des Nockenpakets in Achsrichtung der Antriebswelle als Linearwälzlager ausgebildet ist, sind nur geringe Verschiebekräfte zum Verstellen der Position des Nockenpakets relativ zur Antriebswelle erforderlich ist. Überdies muss nicht aufwendig eine Zahnwelle hergestellt werden, die die Funktion der Antriebswelle aufweist, sondern es kann grundsätzlich von einer normalen, außen glatten Welle ausgegangen werden, die als Vollwelle oder Rohr ausgebildet ist. Die Vollwelle bzw. dieses Rohr ist nur im Verschiebebereich des Nockenpakets mit Modifizierungen zu versehen, die Bestandteil des Linearwälzlagers und der Rasteinrichtung bilden. Entsprechendes gilt für die Ausbildung des Nockenpakets. Die einzelnen Nocken des Nockenpakets sind gleichfalls nur mit einer zylindrischen Bohrung zu versehen, die unter dem Aspekt der für das Nockenpaket relevanten Komponenten des Linearwälzlagers und der Rasteinrichtung zu modifizieren ist.
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Bei dem Schiebenockensystem ist vorgesehen, dass das Linearwälzlager Längsnuten in der Antriebswelle, Längsnuten im Nockenpaket, sowie in korrespondierende Längsnuten von Antriebswelle und Nockenpaket eingreifende Wälzelemente aufweist. Diese Wälzelemente sind als Kugeln ausgebildet.
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Erstreckt sich die jeweilige Längsnut nur über eine bestimmte Länge, wird durch die Länge und damit den begrenzten Abrollweg der Wälzkörper in der Längsnut die Verfahrbarkeit des Nockenpakets zur Antriebswelle begrenzt, somit die Verschiebung des Nockenpakets in Achsrichtung der Achswelle begrenzt. Tangentialkräfte werden von der sich drehenden Antriebswelle über den Formschluss zwischen Antriebswelle und Wälzelementen sowie Wälzelementen und Nockenpaket von der Antriebswelle auf das Nockenpaket übertragen. Demzufolge ist der jeweilige Drehwinkel von Antriebswelle und Nockenpaket identisch.
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Abgesehen von dem Bereich, in dem die Längsnuten im Bereich der Innenbohrung des Nockenpakets und der Außenkontur der Antriebswelle vorgesehen sind, weist das Nockenpaket somit eine Bohrung mit Kreisquerschnitt zur Aufnahme der Kreisquerschnitt aufweisenden Antriebswelle auf.
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Gemäß der Erfindung ist vorgesehen, dass der Innendurchmesser des Nockenpakets größer ist als der Außendurchmesser der Antriebswelle, sowie das Nockenpaket im Bereich der beiden axialen Enden des Nockenpakets radial nach innen gerichtete Lagerringe zum Zentrieren des Nockenpakets auf der Antriebswelle aufnimmt.
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Vorzugsweise weisen die Antriebswelle und das Nockenpaket mindestens zwei Längsnutenpaare auf, wobei das jeweilige Längsnutenpaar eine Längsnut in der Antriebswelle und eine Längsnut im Nockenpaket aufweist. Die eine Längsnut in der Antriebswelle ist benachbart der einen Längsnut im Nockenpaket angeordnet, so dass in diese beiden Längsnuten die Wälzelemente dieses Wälzlagers eingreifen. Insbesondere sind die Längsnuten von Antriebswelle bzw. Nockenpaket diametral zueinander angeordnet. Die Antriebswelle weist somit im Bereich des Außenumfangs beispielsweise zwei im Winkel von 180° zueinander angeordnete, sich parallel zur Längsachse der Antriebswelle erstreckende Längsnuten, oder vier jeweils im Winkel von 90° zueinander angeordnete Längsnuten, oder acht im Winkel von jeweils 45° angeordnete Längsnuten auf, wobei mit der jeweiligen Längsnut eine Längsnut im Nockenpaket korrespondiert und mit diesem gebildeten Längsnutenpaar Wälzelemente dieses Längsnutenpaars zusammenwirken.
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Die Rasteinrichtung dient dem Rastieren von Nockenpaket und Antriebswelle in unterschiedlichen Verschiebestellungen, die der Anzahl der Nocken entspricht. Ist das jeweilige Nockenpaket aus drei Nocken gebildet, dient die Rasteinrichtung somit dem Rastieren des Nockenpakets in drei unterschiedlichen Verschiebestellungen.
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Zweckmäßig weist die Rasteinrichtung Rastvertiefungen in dem Nockenpaket auf dessen der Antriebswelle zugewandten Seite und mindestens ein in der Antriebswelle gelagertes, radial verschiebbares Rastelement auf, das unter Einwirkung einer Feder in Richtung des Nockenpakets im Bereich der Rastvertiefungen vorgespannt ist. Entsprechend der Verschiebestellung des Nockenpakets bezüglich der Antriebswelle greift das Rastelement in eine Rastvertiefung ein und legt somit das Nockenpaket axial zur axial festgelegten Antriebswelle fest.
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Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung ist vorgesehen, dass die Antriebswelle eine Durchgangsbohrung aufweist, zur Aufnahme der Feder und von zwei Rastelementen, an denen die Feder anliegt, wobei die beiden Rastelemente in der Durchgangsbohrung axial geführt sind und gegen das Nockenpaket im Bereich der Rastvertiefung vorgespannt sind. Rastvertiefungen sind somit jeweils auf einander abgewandten Seiten der Antriebswelle im Nockenpaket vorgesehen.
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Die Rastelemente sind insbesondere als Kugeln ausgebildet. Vorzugsweise ist das mindestens eine Rastelement mit partialen Quernuten in den Nockenstücken in Eingriff bringbar, wobei die Quernuten die Rastvertiefungen aufweisen.
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Die Rastelemente sind insbesondere in einer anderen Winkellage in der Antriebswelle gelagert als die Längsnuten der Antriebswelle.
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Das erfindungsgemäße Schiebenockensystem beinhaltet diverse grundlegende Vorteile:
- - So sind die Bauteile des Schiebenockensystems einfach herstellbar, insbesondere da die Verzahnung von Antriebswelle und Nockenpaket entfällt. Hierdurch ergibt sich eine erhebliche Kostenreduktion gegenüber Schiebenockensystemen mit Zahnwelle.
- - Durch die konzentrische Lagerung des Nockenpakets bzw. der einzelnen Nocken des Nockenpakets zu den Lagern der Antriebswelle sind nur geringe Grundkreisabweichungen zu verzeichnen.
- - Es ergibt sich eine Reduzierung der Verschiebekräfte aufgrund der Wälzlagerung, konkret der Linearwälzlagerung und überdies der zusätzlich verwendeten Lagerringe/Lagerbuchsen.
- - Das radiale Spiel ist durch Vorspannen der Linearlagerung erheblich reduziert.
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Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist im Folgenden, anhand der Zeichnung, näher erläutert, ohne auf dieses Ausführungsbeispiel beschränkt zu sein. Es zeigt:
- 1 das Schiebenockensystem mit im Bereich eines Endes dargestellter Antriebswelle und dort gelagertem Nockenpaket, wobei die Antriebswelle, bezogen auf deren Längserstreckung, von deren Seite gesehen ist, bei teilweise geschnittener Antriebswelle, geschnittenem Nockenpaket und geschnittenem Wälzlagerbereich,
- 2 die Anordnung gemäß 1, wobei die Achswelle und das Nockenpaket um 90° um deren Längsachse gedreht dargestellt sind, mit teilweise geschnittener Antriebswelle, geschnittenem Nockenpaket sowie geschnittener Rasteinrichtung.
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Veranschaulicht ist das Schiebenockensystem 1 mit einer Antriebswelle 2 und einem in dieser gelagerten, in Achsrichtung der Antriebswelle 2 verschieblichen Nockenpaket 3. Die Drehachse von Antriebswelle 2 und Nockenpaket 3 ist mit der Bezugslinie 4 und die Verschieberichtungen des Nockenpakets 3 sind mit dem Doppelpfeil A bezeichnet.
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Die Antriebswelle 2 ist nur im Bereich ihres einen Endes veranschaulicht. Dort ist sie mittels eines Lagers 5 um die Drehachse 4 in einem Zylinderkopf einer Verbrennungskraftmaschine gelagert. Mehrere weitere Lager dienen der Lagerung der Antriebswelle 2 über deren Länge. Über deren Länge ist die Antriebswelle 2 mit mehreren Schiebenockensystemen 1 versehen.
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Im Zylinderkopf sind Rollenschlepphebeltriebe gelagert, wobei jeweils ein Rollenschlepphebeltrieb mit einem dreistufigen Schiebenockensystem 1 zusammenwirkt. Das jeweils ein Paar von dreistufigen Schiebenocken aufweisende Nockenpaket 3 - Nocken 6, 7 und 8 - ist mittels einer Steuerscheibe in der genannten Verschieberichtung A relativ zur Antriebswelle 2 verschiebbar. Die Steuerscheibe greift in eine Nut 19 des Nockenpakets 3 ein.
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Das Schiebenockensystem 1 weist eine Rasteinrichtung 9 zum Rastieren von Nockenpaket 3 und axial festgelegter Antriebswelle 2 in den drei unterschiedlichen Verschiebestellungen des Nockenpakets 3 auf, in denen der Nocken 6 oder der Nocken 7 oder der Nocken 8 sich in Wirkstellung mit dem jeweiligen Rollenschlepphebeltrieb befindet. Das Lager zum verschieblichen Lagern des Nockenpakets 3 in Verschieberichtung A, somit in Richtung der Drehachse 4 der Antriebswelle 2, ist als Linearwälzlager 10 ausgebildet.
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Die im Zylinderkopf gelagerte Antriebswelle 2 ist im Ausführungsbeispiel als Vollwelle ausgebildet, kann aber durchaus auch als Rohr gestaltet sein. Die Antriebswelle 2 hat im Bereich des Nockenpaketes 3 zwei Längsnuten 11. Diese sind auf abgewandten Seiten der Antriebswelle 2 angeordnet, somit um 180° zueinander versetzt positioniert. Die Längsnuten 11 sind in die Antriebswelle 2, die als Ausgangswelle, somit ursprünglich, außen glatt ausgebildet ist, eingefräst. Das Nockenpaket 3, das ebenfalls zwei um 180° zueinander versetzt angeordnete Längsnuten 12 aufweist, wird durch als Kugeln ausgebildete Wälzelemente 13 mit der Antriebswelle 2 formschlüssig verbunden. Die Kugeln liegen am Nutgrund der Längsnuten 11 und 12 an und auch an den Seitenwandungen der Längsnuten 11 und 12, so dass beim Drehen der Antriebswelle 2, aufgrund des Formschlusses von Antriebswelle 2, Wälzelementen 13 und Nockenpaket 3, das Nockenpaket 3 entsprechend der Antriebswelle 2 um die Drehachse 4 rotiert. Durch Einpressen von Lagerringen 14 (nach dem Einlegen der Wälzelemente 13) in das Nockenpaket 3, wird das Nockenpaket 3 auf der Antriebswelle 2 zentriert.
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In einer anderen Winkellage zu den Längsnuten 11 der Antriebswelle 2, konkret um 90° zu diesen verdreht, durchsetzt eine Bohrung 15 auf halber Länge der jeweiligen Längsnut 11 die Antriebswelle 2. In diese Bohrung 15 ist eine Schraubendruckfeder 16 eingebracht, die im Bereich ihrer beiden Enden an Rastelementen 17 anliegt, die als Kugeln ausgebildet sind. Der Durchmesser der Rastelemente 17 ist geringfügig geringer als der Durchmesser der Bohrung, wobei die Rastelemente 17 im Bereich der abgewandten Enden der Bohrung 15 in dieser radial geführt sind. Die Rastelemente 17 kämmen mit partialen Quernuten 18 in dem Nockenpaket 3 und arretieren das Nockenpaket in der jeweiligen der drei Ruhelagen. Veranschaulicht sind auf abgewandten Seiten des Nockenpakets 3 jeweils drei partiale Quernuten 18. Diese, die beiden Rastelemente 17, die Schraubendruckfeder 16 und die Bohrung 15, bilden die Rasteinrichtung 9.
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Rastiert das Rastelement 17 mit der einen äußeren Quernut 18, entspricht dies der Wirkposition des Nockens 6, rastiert das Rastelement 17 mit der mittleren Quernut 18, entspricht dies der Wirkposition des Nockens 7, rastiert das Rastelement 17 mit der anderen äußeren Quernut 18 entspricht dies der Wirkposition des Nockens 8.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Schiebenockensystem
- 2
- Antriebswelle
- 3
- Nockenpaket
- 4
- Drehachse
- 5
- Lager
- 6
- Nocken
- 7
- Nocken
- 8
- Nocken
- 9
- Rasteinrichtung
- 10
- Linearwälzlager
- 11
- Längsnut
- 12
- Längsnut
- 13
- Wälzelement
- 14
- Lagerring
- 15
- Bohrung
- 16
- Schraubendruckfeder/Feder
- 17
- Rastelement
- 18
- Quernut
- 19
- Nut
- A
- Verschieberichtung
