DE102012209535A1

DE102012209535A1 - Nockenwelle

Info

Publication number: DE102012209535A1
Application number: DE201210209535
Authority: DE
Inventors: Ronny Günnel; Arne Manteufel
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2012-06-06
Filing date: 2012-06-06
Publication date: 2013-12-12

Abstract

Vorgeschlagen ist eine Nockenwelle (1) für einen Ventiltrieb einer Brennkraftmaschine, mit einer Grundwelle (2) und wenigstens einem auf der Grundwelle (2) verlaufenden Nockenstück (3) je Zylinder der Brennkraftmaschine, das über eine Innenverzahnung (4) drehfest auf einer Außenverzahnung (5) der Grundwelle (2) verläuft, wobei eine Zentrierung des Nockenstücks (3) zur Grundwelle (2) über wenigstens ein unmittelbar im Radialbereich zwischen Nockenstück (3) und Grundwelle (2) verlaufendes Federringmittel (7) dargestellt ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Nockenwelle für einen Ventiltrieb einer Brennkraftmaschine, mit einer Grundwelle und wenigstens einem auf der Grundwelle verlaufenden Nockenstück je Zylinder der Brennkraftmaschine, welches Nockenstück über eine Innenverzahnung drehfest auf einer Außenverzahnung der Grundwelle verläuft.
Insbesondere bei Nockenwellen, die als Schiebenockenwellen ausgebildet sind und deren jeweiliges Nockenstück direkt oberhalb eines Zylinders sitzt und auf einer Grundwelle verläuft, die unmittelbar auf zwischen den Zylindern emporstehenden Lagerstegen abgestützt ist, ergibt sich das Problem, dass das Nockenstück lediglich über die Flanken dessen Verzahnung radial zentriert auf der Innenverzahnung der Grundwelle verläuft. Fertigungsbedingt ist bspw. mit unterschiedlichen Zahngrößen zu rechnen, so dass es zu einer Desachsierung des Nockenstücks kommt, die bei Grundkreisdurchlauf zu einer Unter- oder Überschreitung des idealen Grundkreisradius führt, mit den dem Fachmann bekannten Nachteilen auf den Ladungswechsel.
Es ist daher Aufgabe der Erfindung, eine Nockenwelle zu schaffen, bei der eine einfache radiale Zentrierung des jeweiligen Nockenstücks auf der Grundwelle vorliegt.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, dass eine Koaxialität [Zentrierung] des Nockenstücks zur Grundwelle über wenigstens ein unmittelbar im Radialbereich zwischen Nockenstück und Grundwelle verlaufendes Federringmittel dargestellt ist.
Gemäß einer besonders bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist es vorgesehen, die Nockenwelle als Schiebenockenwelle für einen variablen Ventiltrieb auszubilden, wobei das auf deren Grundwelle verlaufende, wenigstens eine Nockenstück axial verlagerbar ist und zwei oder mehr benachbarte Nocken sowie Eingriffsmitteln zu dessen axialer Verlagerung hat.
Der Schutzbereich dieser Erfindung bezieht sich ausdrücklich auch auf „klassische“ Nockenwellen nichtschaltbarer Ventiltriebe, deren Nocken nicht einteiliger Bestandteil der Nockenwelle sind, sondern über die vorgeschlagene Verzahnung auf der Grundwelle verlaufen und ggf. gerastet sind.
Somit liegt eine Nockenwelle ohne die vorbeschriebenen Nachteile vor. Als Federringmittel ist insbesondere, jedoch nicht ausschließlich, an einen gesprengten Wellenfederring gedacht, der, gemäß einer zweckmäßigen Fortbildung der Erfindung, in sich radial gegenüberliegenden Ringnuten der Grundwelle und des Nockenstücks liegt, welche Ringnuten die Verzahnungen unterbrechen. Ggf. kann die jeweilige Verzahnung hierfür auch lediglich im Kopfbereich abgeschliffen sein.
Anstelle des Wellenfederringes je Ringnut kann auch ein Wellenfederringpaket je Ringnut vorliegen. Der Wellenfederring kann ggf. auch eine andere Geometrie haben, so bspw. ähnlich oder gleich einem gesprengten Sicherungsring für Wellen oder Bohrungen vorliegen.
Das Nockenstück erfährt über den Wellenfederring eine hervorragende Zentrierung, die innerhalb der vorgegebenen Toleranzen liegt. Die Verzahnung dient letztlich nur noch einer Übertragung des Drehmoments. Die eingangs dargelegten Über- oder Unterschreitungen des Grundkreisradius treten nicht mehr auf. Gleichzeitig liegt bei der Variante der Erfindung, welche eine Nockenwelle für einen nichtschaltbaren Ventiltrieb betrifft, eine sehr einfache Befestigung des Nockenstücks auf der Grundwelle vor, so dass auf die aus dem St. d. Technik bekannten Schraub- oder Stiftverbindungen, welche den Nockengrundkreis schneiden, oder Press- bzw. Schrumpfmaßnahmen, verzichtet werden kann.
Vorzugsweise sollen zwei axial beabstandete Federringmittel je Nockenstück appliziert sein, so dass das Nockenstück auf der Grundwelle nicht kippt. Ggf. kann jedoch auch eine hiervon abweichende Zahl eingesetzt werden, zumal diese Federringmittel nicht unmittelbar bei Außenstirnen des Nockenstücks positioniert sein müssen.
Das jeweilige Federringmittel verläuft vorschlagsgemäß über umfangsverteilte Talbereiche seines Wellenprofils vorzugsweise unmittelbar in der bspw. geschliffenen Ringnut der Grundwelle. Radial außen drückt es über dessen Hochflächen federnd in die ebenfalls bspw. geschliffene Ringnut des Nockenstücks. Hierbei sollen wenigstens Teilmengen der Hochflächen mit Wälzkörpern wie Kugeln versehen sein, die reibungsarm unmittelbar in der Ringnut des Nockenstücks verlaufen.
Die letztgenannte Gestaltung ist auch „umgedreht“ denkbar und vorgesehen. Somit würden die Kugeln in federnden Tiefkreisen des Federringmittels sitzen und in der Ringnut der Grundwelle verlaufen.
Für die Gestaltung, bei welcher die Nockenwelle als Schiebenockenwelle vorliegt, kann über das in den Ringnuten einsitzende Federringmittel auch sehr einfach eine Rastiervorrichtung zur Fixierung der einzelnen Verschiebestellungen des Nockenstücks geschaffen werden. Die hierbei eingesetzten Kugeln würden letztlich im Verschiebefall relativ die Innenverzahnung des Nockenstücks von Ringnut zu Ringnut überspringen (Variante mit beabstandeten Ringnuten im Nockenstück). Auf die aus dem St. d. Technik vorbekannten Kugelarretierungen für das Nockenstück kann verzichtet werden, welche Kugelarretierungen in die Nockenwelle radial schneidenden und somit schwächenden Bohrungen sitzen.
Gemäß einer zweckmäßigen Konkretisierung der Erfindung soll für die Lösung, bei welcher die Nockenwelle als Schiebenockenwelle vorliegt, ein Nockenstückpaar auf der Grundwelle verlaufen, das ein Spiralnutstück mit einer Nut wie bspw. einer S- oder Doppel-S-Nut für einen Eingriff wenigstens eines Aktorpins fest einfasst. Je nach Bauraum und Applikation kann das Spiralnutstück auch seitlich oder an jeder Außenstirn des Nockenstückpaares sitzen.
Zur Zeichnung:
1 zeigt eine quer geschnittene Nockenwelle, die als Schiebenockenwelle vorliegt, in räumlicher Darstellung;
2 zeigt das als Wellenfederringmittel ausgebildete Federringmittel als Einzelheit in räumlicher Ansicht;
3 zeigt einen Querschnitt durch die Nockenwelle im Bereich eines Nockens und
4 zeigt einen Längsschnitt durch die als Schiebenockenwelle ausgebildete Nockenwelle mit Nockenstück.
Dargestellt ist in den 1, 3 und 4 eine als Schiebenockenwelle ausgebildete Nockenwelle 1 für einen variablen Ventiltrieb einer Brennkraftmaschine. Die Schiebenockenwelle 1 umfasst eine Grundwelle 2, auf der je Zylinder der Brennkraftmaschine ein axial verschiebbares Nockenstück 3 verläuft.
Letztgenanntes verläuft über eine axiale Innenverzahnung 4 (Evolventenverzahnung) drehfest auf einer Außenverzahnung 5 der Grundwelle 2 (s. insb. 4). Gezeigt sind zwei Nockenstücke 3, mit jeweils drei axial aneinandergrenzenden Nocken 8, 9, 10, welche ein als Spiralnutstück vorliegendes Eingriffsmittel 11 axial einfassen. Das Spiralnutstück 11 hat eine doppelt-s-förmige Spiralnut 19, in die, zum Verlagerungsweck der angebundenen Nockenstücke 3, ein Aktorpin eines brennkraftmaschinenfesten Aktors in bekannter Art und Weise eingreift.
Des Weiteren ist zu erkennen, dass die Grundwelle 2 beidseits von Außenstirnen 12, 13 der Nockenstücke 3 je eine Lagerfläche 6 aufweist (s. 4). Über diese wird die Schiebenockenwelle 1 auf zwischen den Zylindern der Brennkraftmaschine abstehenden Stegen gelagert. Somit wird klar, dass das Nockenstück 3 radial nicht von Lagerflächen „zwangsweise“ umfasst ist, so wie es bei einer Gestaltung mit zwischen den Gaswechselventilen verlaufenden Lagerstegen der Fall sein kann.
Um das „freie“ Nockenstück 3 zur Grundwelle 2 zu zentrieren, verläuft unmittelbar im kämmenden Radialbereich zwischen beiden Partnern 3, 2 ein als Wellenfederring vorliegendes Federringmittel 7 (s. a. 2). – Nicht direkt aus 4 entnehmbar ist, dass zwei axial beabstandete Federringmittel 7 appliziert sind, von denen jedes nahe einer Außenstirn 12, 13 des Nockenstücks 3 sitzt. –
Der Wellenfederring 7 ist gesprengt, so dass er leicht montierbar ist. Er sitzt radial innen über umfangsverteilte Talbereiche 14 seines Wellenprofils in einer Ringnut 15, welche die Außenverzahnung 5 der Grundwelle 2 unterbricht. Wie hierbei am besten aus 3 entnehmbar ist, hat ein Außenmantel 18 des Wellenfederrings 7 federnde Einsenkungen 17, in denen Kugeln als Hochflächen 16 aufgenommen sind. Diese Kugeln 16, wobei zumindest drei davon umfangsgleichverteilt vorgesehen sein sollten, verlaufen direkt in einer die Innenverzahnung 4 des Nockenstücks 3 unterbrechenden Ringnut 16a. Somit ist das Nockenstück 3 hervorragend auf der Grundwelle 2 zentriert.
4 zeigt, dass im Nockenstück 3 genau drei Ringnuten 16a, 16b, 16c appliziert sind. Deren Abstand entspricht einfach gesagt dem Abstand der Nocken 8, 9, 10. Somit kann, was nicht näher erläutert werden muss, über diese Gestaltung eine Rastierung des Nockenstücks 3 auf der Grundwelle 2 dargestellt werden, wobei die erzielten Rastpositionen den gewünschten Haltepositionen des Nockenstücks 3 in Bezug auf den darunter verlaufenden Nockenfolger entsprechen.
Bezugszeichenliste

1: Nockenwelle, Schiebenockenwelle
2: Grundwelle
3: Nockenstück
4: Innenverzahnung
5: Außenverzahnung
6: Lagerfläche
7: Federringmittel, Wellenfederring
8: Nocken
9: Nocken
10: Nocken
11: Eingriffsmittel, Spiralnutstück
12: Außenstirn
13: Außenstirn
14: Talbereich
15: Ringnut Grundwelle
16a: Ringnut Nockenstück
16b: Ringnut Nockenstück
16c: Ringnut Nockenstück
16: Hochfläche, Kugel
17: Einsenkung
18: Außenmantel
19: Spiralnut

Claims

Nockenwelle (1) für einen Ventiltrieb einer Brennkraftmaschine, mit einer Grundwelle (2) und wenigstens einem auf der Grundwelle (2) verlaufenden Nockenstück (3) je Zylinder der Brennkraftmaschine, welches Nockenstück (3) über eine Innenverzahnung (4) drehfest auf einer Außenverzahnung (5) der Grundwelle (2) verläuft, dadurch gekennzeichnet, dass eine Koaxialität [Zentrierung] des Nockenstücks (3) zur Grundwelle (2) über wenigstens ein unmittelbar im Radialbereich zwischen Nockenstück (3) und Grundwelle (2) verlaufendes Federringmittel (7) dargestellt ist.
Nockenwelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Nockenwelle (1) als Schiebenockenwelle für einen variablen Ventiltrieb vorliegt, wobei das auf deren Grundwelle (2) verlaufende, wenigstens eine Nockenstück (3) axial verlagerbar ist und zwei oder mehr axial benachbarte Nocken (8, 9, 10) sowie Eingriffsmitteln (11) zu dessen axialer Verlagerung hat.
Nockenwelle nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass genau zwei axial beabstandete Federringmittel (7) appliziert sind, von denen jedes nahe einer Außenstirn (12, 13) des Nockenstücks (3) sitzt.
Nockenwelle nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Federringmittel (7) als gesprengter Wellenfederring vorliegt, welcher über umfangsverteilte Talbereiche (14) zumindest mittelbar in einer die Außenverzahnung (5) der Grundwelle (2) unterbrechenden Ringnut (15) sitzt sowie radial außen zumindest mittelbar über diesem zugeordnete, umfangsverteilte Hochflächen (16) in einer die Innenverzahnung (4) des Nockenstücks (3) unterbrechenden Ringnut (16a) abgestützt ist.
Nockenwelle nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass jede Hochfläche (16) eine Kugel ist, die in einer diese führenden, radial innen zur Ringnut (15) der Grundwelle (2) beabstandeten Einsenkung (17) im Außenmantel (18) des Wellenfederrings (7) verläuft, wobei die Talbereiche (14) des Wellenfederrings (7) unmittelbar auf der Ringnut (15) der Grundwelle (2) abgestützt sind.
Nockenwelle nach Anspruch 5, sofern Anspruch 4 auf Anspruch 2 rückbezogen ist, dadurch gekennzeichnet, dass, zur Darstellung einer Rastierung des axial verlagerbaren Nockenstücks (3) auf der Grundwelle (2), in der Zahl und im Abstand der axial aneinander grenzenden Nocken (8, 9, 10), Ringnuten (16a, 16b, 16c) für die Hochflächen (16) des Wellenfederrings (7) im Nockenstück (3) vorgesehen sind.
Schiebenockenwelle nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass genau zwei Nockenstücke (3) je Zylinder auf der Grundwelle (2) verlaufen, welche ein Spiralnutstück als das Eingriffsmittel (11) für wenigstens einen Aktorpin eines brennkraftmaschinenfesten Aktors zwischen sich einschließen, wobei die Grundwelle (2), beidseits von Außenstirnen (12, 13) der beiden Nockenstücke (3), je eine unverzahnte Ringfläche als Lagerfläche (6) für zwischen Zylindern der Brennkraftmaschine abstehenden Stege hat.