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Die Erfindung betrifft einen Ventiltrieb für eine Brennkraftmaschine nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
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Aus der
DE 10 2009 048 621 A1 ist bereits ein gattungsgemäßer Ventiltrieb bekannt. Der Ventiltrieb besitzt dabei mindestens eine drehbare Grundnockenwelle, die eine Außenverzahnung aufweist, und mindestens einen Nockenträger, der eine mit der Außenverzahnung zusammenwirkende Innenverzahnung aufweist. Der Nockenträger ist auf der Grundnockenwelle axial zwischen mindestens zwei Verschiebestellungen verschiebbar. Damit sich durch Anlagewechsel der Verzahnungen bedingte störende Geräusche zumindest in einem Teil der Betriebszustände der Verschiebestellungen des Nockenträgers vermeiden lassen, weisen die Grundnockenwelle und der Nockenträger zusammenwirkende Mittel auf, die in den Verschiebestellungen für eine ununterbrochene gegenseitige Anpressung von gegenüberliegenden Zahnflanken der Außen- und Innenverzahnung sorgen. Die zusammenwirkenden Mittel umfassen dabei eine Kugelraste mit einer Kugel und einer Feder in einer zum Nockenträger hin offenen Ausnehmung der Grundnockenwelle sowie eine der Ausnehmung gegenüberliegende Vertiefung im Nockenträger. Nachteilig ist dabei, dass die Anpressung, damit sie ununterbrochen wirken kann, sehr hoch ausgelegt werden muss. Diese hohe Anpresskraft führt zu einer sehr hohen Reibung, die der axialen Verschiebung des Nockenträgers auf der Grundnockenwelle entgegenwirkt und somit einen unnötig stark dimensionierten Verschiebemechanismus bedingt. Dieser stark dimensionierte Verschiebemechanismus besitzt ein höheres Gewicht und ist kostenintensiver in seiner Herstellung.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Ventiltrieb zu schaffen, mit dem sich durch Anlagewechsel der Verzahnungen bedingte störende Geräusche vermeiden lassen und der weniger stark dimensioniert werden muss und damit leichter und kostengünstiger hergestellt werden kann.
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Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch die Merkmale des Patenanspruchs 1 gelöst.
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Die erfindungsgemäße Ventiltrieb besteht aus mindestens einer Nockenwelle, die eine Außenverzahnung mit jeweils ersten und zweiten Zahnflanken aufweist, und aus mindestens einem Nockenträger, der eine mit der Außenverzahnung der Nockenwelle zusammenwirkende Innenverzahnung mit jeweils ersten und zweiten Zahnflanken besitzt. Der Nockenträger ist auf der Nockenwelle axial zwischen mindestens zwei Endpositionen verschiebbar und in den Endpositionen durch zusammenwirkende Mittel zwischen Nockenwelle und Nockenträger gegen ein Störmoment in Umfangrichtung der Nockenwelle durch Anliegen an den ersten Zahnflanken gesichert. Das Störmoment kann beispielweise durch das stark schwankende Moment, das aus der Ventilbetätigung resultiert, hervorgerufen werden oder durch Drehmomentstöße, die beim Umschalten des Ventiltriebs erzeugt werden oder schnell wechselnde Fahrmanöver oder Fahrbahnunebenheiten. Die Kraft der zusammenwirkenden Mittel, die gegen das Störmoment wirken, sind so ausgelegt, dass sich an den ersten Zahnflanken zwischen der Außenverzahnung der Nockenwelle und der Innenverzahnung des Nockenträgers ein sich mit zunehmendem Störmoment vergrößernder Spalt ergibt und es zu einem gedämpften Endanschlag der zweiten Zahnflanken kommt. Dadurch, dass die Anpressung der Zahnflanken nicht ununterbrochen wirkt, sondern kleiner als das Störmoment ist, kommt es zu einer geringeren Reibung, die der axialen Verschiebung entgegenwirkt und somit kann der Verschiebemechanismus weniger stark dimensioniert werden. Dennoch werden die störenden Geräusche durch Anlagewechsel der Verzahnungen zuverlässig vermieden bzw. gemindert.
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Weitere Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
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In einer besonderen Ausgestaltung erzeugen die zusammenwirkenden Mittel zwischen Nockenwelle und Nockenträger zumindest in einer Endposition ebenfalls eine Sicherung gegen ungewollte axiale Verschiebung zwischen Nockenwelle und Nockenträger.
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Ebenso ist es möglich, dass die zusammenwirkenden Mittel, die gegen das Störmoment wirken unabhängig vorhanden sind, also keine Wirkung gegen ungewollte axiale Verschiebung zwischen Nockenwelle und Nockenträger erzeugen.
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Ein besonders vorteilhafter Ventiltrieb ergibt sich, wenn die zusammenwirkenden Mittel aus zumindest einer Rastnut an der Innenseite des Nockenträgers und zumindest einem Rastkörper, beispielsweise einer Rastkugel an der Nockenwelle bestehen. Alternativ hierzu kann die Rastnut in der Nockenwelle eingebracht, und der Rastkörper an der Innenseite des Nockenträgers angeordnet sein.
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In einer bevorzugten Ausgestaltung ist die Rastkugel federbelastet.
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Vorzugsweise ist die Rastnut außermittig zur Nockenwelle angeordnet ist. Alternativ kann auch der Rastkörper außermittig angeordnet sein. Ebenso ist es denkbar, die Rastnut und den Rastkörper in geeigneter Weise außermittig anzuordnen.
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Weitere Vorteile ergeben sich aus der folgenden Zeichnungsbeschreibung. In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt.
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Dabei zeigen:
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1 ausschnittsweise den Stand der Technik eines Ventiltriebs für eine Brennkraftmaschine in Schnittdarstellung quer zur Nockenwelle und
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2 ausschnittsweise den erfindungsgemäßen Ventiltrieb für eine Brennkraftmaschine in Schnittdarstellung axial zur Nockenwelle und
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3 ausschnittsweise den erfindungsgemäßen Ventiltrieb für eine Brennkraftmaschine in Schnittdarstellung quer zur Nockenwelle.
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Der erfindungsgemäße Ventiltrieb umfasst zumindest eine Nockenwelle 1, die eine Außenverzahnung 2 mit jeweils ersten und zweiten Zahnflanken 2a, 2b aufweist, und zumindest einen Nockenträger 3, der eine mit der Außenverzahnung 2 der Nockenwelle 1 zusammenwirkende Innenverzahnung 4 mit jeweils ersten und zweiten Zahnflanken 4a, 4b besitzt. Die innenseitig vorgesehene Längsverzahnung des Nockenträgers 3 greift dabei in eine korrespondierende Außenverzahnung der Nockenwelle 1 ein, so dass Längsverschiebungen des Nockenträgers 3 auf der Nockenwelle 1 möglich sind, aber in Umfangsrichtung eine drehfeste Verbindung erfolgt. Der Nockenträger 3 besitzt dabei mehrere unterschiedliche Nockenabschnitte 5a, 5b mit unterschiedlichen Nockenkonturen 10a, 10b, die verschiedene Betätigungscharakteristiken für Gaswechselventile bewirken. An die Nockenabschnitte 5a, 5b greifen Abnehmer bzw. Nockenfolger z. B. in Form von Schlepphebeln an, die entsprechend vorgesehene Gaswechselventile betätigen. Es handelt sich beim Ausführungsbeispiel um Einlassventile, es können aber auch Auslassventile mit dem erfindungsgemäßen Ventiltrieb geschaltet werden. Durch die verschiedenen Betätigungscharakteristiken der Gaswechselventile lassen sich je nach Leistungsbedarf der Brennkraftmaschine unterschiedliche Ventilhübe einstellen, die mit einem nicht dargestellten Hubventil in Wirkverbindung stehen. Die unterschiedlichen Nockenabschnitte 5a, 5b werden durch axiales Verschieben des Nockenträgers 3 auf der Nockenwelle 1 zwischen mindestens zwei Endpositionen eingestellt. Das Verschieben des Nockenträgers 3 kann durch unterschiedliche Aktuatoren geschehen, z. B. elektrisch. Der Nockenträger 3 wird in den Endpositionen durch einen Rastmechanismus 6 gegen ungewolltes axiales Verschieben gesichert. Der Rastmechanismus 6 umfasst dabei eine vertikale zylindrische Ausnehmung 7 in der Nockenwelle 1, in der eine Feder 8 angeordnet ist, an deren beiden Enden jeweils ein als eine Rastkugel 9a; 9b ausgeführter Rastkörper befestigt ist, die über den Durchmesser der Nockenwelle 1 hinausragt. Die Rastkugeln 9a, 9b lassen sich gegen die Kraft Ff der Feder 8 in die zylindrische Ausnehmung 7 in der Nockenwelle 1 verlagern. Auf der der Nockenwelle 1 zugewanden Seite des Nockenträgers 3 besitzt der Nockenträger 3 jeweils den Rastkugeln 9a, 9b zugeordnete Rastkonturen 11a, 11b sowie Ausnehmungen 12a, 12b. Beim Verschieben des Nockenträgers 3 in eine Endposition auf der Nockenwelle 1 muss der Nockenträger 3 durch den Aktuator über die Rastkonturen 11a, 11b gegen die Kraft Fa geschoben werden. Dabei werden die Rastkugeln 9a, 9b gegen die Kraft Ff der Feder 8 in die zylindrische Ausnehmung 7 gedrückt bis die Rastkonturen 11a, 11b überwunden sind und die Kraft Ff der Feder 8 die Rastkugel 9a, 9b aus der zylindrischen Ausnehmung 7 in die Ausnehmungen 12a, 12b im Nockenträger 3 verlagert. In dieser Position ist der Nockenträger 3 gegen ungewolltes Verschieben in axialer Richtung gesichert.
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Durch die Passung zwischen der Außenverzahnung 2 der Nockenwelle 1 und der Innerverzahnung 4 des Nockenträgers 3 kommt es zwischen den Zahnflanken 2a der Außenverzahnung 2 der Nockenwelle 1 und den Zahnflanken 4a der Innerverzahnung 4 des Nockenträgers 3 sowie zwischen den Zahnflanken 2b der Außenverzahnung 2 der Nockenwelle 1 und den Zahnflanken 4b der Innerverzahnung 4 des Nockenträgers 3 zu einem gewissen Spiel. Von außen eingebrachte Störmomente erzeugen ein Moment Mt in Umfangrichtung der Nockenwelle 1. Die von außen eingebrachten Störmomente können beispielweise durch das stark schwankende Moment, das aus der Ventilbetätigung resultiert, hervorgerufen werden oder durch Drehmomentstöße, die beim Umschalten des Ventiltriebs erzeugt werden oder schnell wechselnde Fahrmanöver oder Fahrbahnunebenheiten. Das Moment Mt kann in beide Drehrichtungen der Nockenwelle 1 wirken. Dieses Moment Mt und die damit einhergehende Bewegung des Nockenträgers 3 auf der Nockenwelle 1 in Umfangrichtung der Nockenwelle 1 erzeugt einen Anlagewechsel der Zahnflanken 2a, 4a und 2b, 4b und damit ungewollte störende Geräusche. Um die Geräuschentwicklung beim Anlagewechsel der Zahnflanken 2a, 4a und 2b, 4b zu minimieren, erzeugt der Rastmechanismus 6 zusätzlich zur axialen Kraft Fa eine Querkraft Fq. Diese Kraft Fq drückt die Zahnflanken 4b der Innenverzahnung 4 des Nockenträgers 3 gegen die Zahnflanken 2b der Außenverzahnung 2 der Nockenwelle 1. Wird nun ein Störmoment Mt aufgebracht, welches in entgegengesetzter Richtung zur Anpressung der Zahnflanken 2b, 4b wirkt, können sich die Zahnflanken 2b, 4b gegen die Kraft Fq voneinander lösen und der Nockenträger 3 kann sich im Rahmen des Spiels der Passung zwischen Außenverzahnung 2 der Nockenwelle 1 und Innenverzahnung 4 des Nockenträgers 3 auf der Nockenwelle 1 in Umfangrichtung verschieben. Je größer das Störmoment Mt desto weiter können sich die Zahnflanken 2b, 4b voneinander lösen und der Spalt zwischen den Zahnflanken 2b, 4b wird größer, indem die Rastkugeln 9a, 9b weiter in die zylindrische Ausnehmung 7 gegen die Kraft Ff der Feder 8 verlagert werden. Ist das Störmoment Mt groß genug kann es auch zu einem Anschlag der Zahnflanken 4a der Innenverzahnung 4 des Nockenträgers 3 gegen die Zahnflanken 2a der Außenverzahnung 2 der Nockenwelle 1 kommen. Da dies gegen die Kraft Fq geschieht, ist dieser Anschlag der Zahnflanken 2a, 4a gedämpft und die Anschlaggeräusche werden minimiert. Beim axialen Verschieben des Nockenträgers 3 auf der Nockenwelle 1 zum Umschalten der Nockenkonturen 10a, 10b wirkt die Kraft Fq der Verschienung entgegen und erzeugt Reibung zwischen den Rastkugeln 9a, 9b des Rastmechanismus 6. Da die Kraft Fq erfindungsgemäß so gewählt ist, dass sich die Zahnflanken 2b, 4b erst bei einem gewissen Störmoment Mt von einander lösen können und nicht ununterbrochen gegeneinander gepresst werden, ist die Reibung nicht so groß wie bei einem aus dem Stand der Technik ständigem Anpressen der Zahnflanken 2b, 4b.
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Die Kraft Fq wird durch eine außermittige Anordnung der Ausnehmungen 12a, 12b im Nockenträger 3 zur Nockenwelle 1 erzeugt. Dabei befinden sich die Mittelpunkte der Ausnehmungen 12a, 12b im Nockenträger 3 nicht wie im in 1 dargestellten Stand der Technik auf einer Linie zur Mittellinie 14 der Nockenwelle 1, sondern wie in 3 jeweils um einen bestimmten Anstand a nach rechts bzw. Abstand b nach links versetzt. Es wird gezielt Asymmetrie zur Mittellinie 14 der Kraftkomponenten der Kraft Ff erzeugt. Die zylindrische Ausnehmung 7 ist dabei mittig zur Mittellinie 14 der Nockenwelle 1 angeordnet und besitzt zwei Rampen 13a, 13b über die die Rastkugeln 9a, 9b in die außermittigen Ausnehmungen 12a, 12b im Nockenträger 3 geschoben werden und so die Kraft Fq erzeugt wird, die die Zahnflanken 2b, 4b gegeneinander presst. Die Größe der Kraft Fq kann über die Federkraft Ff der Feder 8 durch die Dimensionierung der Federkonstanten oder über die Abstände a, b der Mittelpunkte der Rastnuten 12a, 12b zur Mittellinie 14 der Nockenwelle 1 eingestellt werden. Die Abstände a, b können gleich oder unterschiedlich gewählt sein. Als vorteilhaft wird ein Bereich für die Abstand a; b von ca. 5 bis 10% des Durchmessers der Nockenwelle angesehen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102009048621 A1 [0002]
