DE102012219506A1

DE102012219506A1 - Hebelartiger Nockenfolger

Info

Publication number: DE102012219506A1
Application number: DE102012219506.8A
Authority: DE
Inventors: Stefan Dupke
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2012-10-02
Filing date: 2012-10-25
Publication date: 2014-04-03
Also published as: CN104704206A; US20150233267A1; WO2014053124A1; KR20150063061A; CN104704206B; JP2015533986A; EP2904222B1; EP2904222A1

Abstract

Vorgeschlagen ist ein hebelartiger Nockenfolger (1) für einen Schiebenockenventiltrieb einer Brennkraftmaschine, mit einer Nockenanlaufrolle (2), einer Anlage (3) für ein Gaswechselventil und einer Lagerstelle (4) zur Abstützung gegenüber einem Zylinderkopf der Brennkraftmaschine, welcher Nockenfolger (1) zwei durch einen Querbalken (5) verbundene Seitenwände (6) hat, zwischen denen die auf einem Bolzen (7) gelagerte Nockenanlaufrolle (2) aufgenommen ist, welcher Bolzen (7) in Bohrungen (9) der Seitenwände (6) verläuft, wobei jede Bohrung (9) eine nockenzugewandte Längsseite (10) ihrer Seitenwand (6) abschnittsweise schneidet, derartig, dass der Bolzen (7) an dieser Längsseite (10) mit einem Umfangssegment (11) frei liegt. Somit gelingt es, die Höhe der Seitenwände (6) weiter zu verringern, wodurch ein größerer Nockendifferenzhub ermöglicht ist.

Description

Die Erfindung betrifft einen hebelartigen Nockenfolger, insbesondere für einen Schiebenockenventiltrieb einer Brennkraftmaschine, mit einer Nockenanlaufrolle, einer Anlage für ein Gaswechselventil und einer Lagerstelle zur Abstützung gegenüber einem Zylinderkopf der Brennkraftmaschine, welcher Nockenfolger zwei durch einen Querbalken verbundene Seitenwände hat, zwischen denen die auf einem Bolzen gelagerte Nockenanlaufrolle aufgenommen ist, welcher Bolzen in Bohrungen der Seitenwände verläuft.
Ein gattungsgemäßer Nockenfolger ist in 3 der DE 10 2004 002 290 A1 offenbart. Wie zu erkennen ist, hat der Nockenfolger, welcher hier als Schlepphebel vorliegt, auf der Seite des Durchlaufs des deaktivierten Nockens eine verringerte Seitenwandhöhe.
Maßgeblich für einen zu erzielenden maximalen Differenzhub der Nocken ist der Abstand zwischen der Oberseite der Nockenanlaufrolle und der nockenzugewandten Längsseite der Seitenwand beim deaktivierten Nocken (2-er – oder 3-er Nockenpaket). Eine Vergrößerung des Radius der Rolle käme infrage, um einen größeren Differenzhub zu ermöglichen. Dies würde jedoch zwangsläufig zu einer Vergrößerung der i. d. R. notwendigen Rollentasche im Querbalken mit der Folge von Steifigkeitsverlusten und einer Erhöhung der Nockenfolgermasse führen.
Wie des Weiteren aus der o. g. Zitierung zu entnehmen ist, liegen die Bohrungen zur Aufnahme des Bolzens zur Lagerung der Nockenanlaufrolle vergleichsweise nahe an den nockenzugewandten Längsseiten der Seitenwände. Ein Reststeg an Seitenwandmaterial oberhalb der jeweiligen Bohrung ist hier notwendig, um bspw. die Nadeln der Nadellagerung für die Nockenanlaufrolle an einem axialen Herausfallen zu hindern und um einen sauberen, rissfreien Verstemmvorgang zu ermöglichen.
Es ist Aufgabe der Erfindung, bei dem vorgenannten Nockenfolger einen vergrößerten Nockendifferenzhub ohne wesentlichen Steifigkeitsverlust und ohne Masseerhöhung zu ermöglichen.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, dass jede Bohrung für den Bolzen eine nockenzugewandte Längsseite ihrer Seitenwand abschnittsweise schneidet, derartig, dass der Bolzen an dieser Längsseite mit einem Umfangssegment frei liegt.
Der Bolzen ist somit im Bereich seiner weitestgehend lastfreien Zone nicht von Bohrungsmaterial umfasst. Die jeweilige Seitenwand wird praktisch soweit bei gleichbleibendem Abstand der Bohrung zur nockenabgewandten Längsseite in ihrer Höhe verringert, dass die Bohrung abschnittsweise in die obere Längswand tritt. Hierdurch wird ein vergrößerter Differenzhub für das Nockenpaar/die Nockengruppe ermöglicht. Anders gesagt kann auch bei gleichbleibendem Differenzhub die Nockenanlaufrolle in ihrem Durchmesser verringert werden, was Masse spart und den Bauraum reduziert.
Mit vom Schutzumfang einbezogen ist auch eine Lösung, bei welcher nur eine der Bolzenbohrungen teilweise geöffnet dargestellt ist und zwar diejenige auf der Hebelseite, auf welcher der nicht aktive Nocken/die nicht aktive Nockengruppe „eintaucht” und somit hier Bauraumbedarf herrscht.
Zwar bezieht sich der Einsatz des Nockenfolgers, welcher als Schlepp-, Kipp- o. Schwinghebel vorliegen kann, bevorzugt auf einen variablen Schiebenockenventiltrieb. Denkbar und vorgesehen ist jedoch auch eine Verwendung in einem Standardventiltrieb. Ferner kommt eine Applikation auch als Nocken- oder Exzenterfolger in einer Pumpe oder einem Verdichter infrage.
Gemäß einer vorteilhaften Fortbildung der Erfindung umfasst die jeweilige Bohrung den Bolzen um mehr als 180°, so dass dieser nach erfolgter Montage nicht aus dem freien Umfangssegment treten kann. Denkbar ist jedoch auch eine U-förmige Bohrungstasche an jeder Seitenwand mit parallelen Schenkeln. Hier bietet sich eine Befestigung des Bolzens bspw. über eine Sprengring-Nut-Verbindung, einen Schweißpunkt, eine Verstemmung oder durch Einpressen an. Alternativ kann der Bolzen von den Bohrungen auch weniger als 180° umschlossen sein, so dass die Schenkel aufgespreizt vorliegen. Der Bolzen würde bei dieser Variante letztlich „lose” in den Bohrungen während des Betriebes der Brennkraftmaschine liegen und müsste lediglich für einen Transport/ein Handling am Herausfallen bis zur Endmontage gehindert werden. Er kann allerdings auch für den Betrieb hierbei eine Lagesicherung erhalten.
In Konkretisierung der Erfindung soll der Bolzen durch biegeelastische Ansätze gehalten werden, welche aus dem diesen über 180° umschließenden Seitenwandmaterial bestehen. Der Bolzen wird bei Montage somit einfach unter Aufweitung der Ansätze in die Bohrungen geschnappt. Eine anderweitige Montagemöglichkeit des Bolzens bietet sich durch seitliches Durchstecken in an sich bekannter Art und Weise bei anschließendem stirnseitigen Verstemmen an. Hierbei müssen die Ansätze nicht aufgebogen werden.
Zweckmäßig ist es, wenn der Bolzen komplett längs durchgehärtet ist (Kernhärte mind. 58 HRC), wobei dieser dann im harten Zustand die vorgenannte Verstemmung bspw., jedoch nicht ausschließlich, über Radialpunktnieten erfährt. Das Durchhärten erfordert nur einen vergleichsweise geringen Aufwand für die Wärmebehandlung. Der Bolzen kann hierbei als Massenartikel aus der Wälzlagerproduktion vorliegen.
Weitere Unteransprüche betreffen zweckmäßige Lagerungsmöglichkeiten der Nockenanlaufrolle auf dem Bolzen. Hier ist in erster Linie an eine Wälzlagerung wie eine Nadellagerung gedacht. Es kommen jedoch auch eine Gleitlagerung oder eine Gleit-Wälzlagerung infrage.
So ist es in Fortbildung der Erfindung vorgesehen, die Nockenanlaufrolle direkt auf dem Bolzen gleitzulagern. Hierbei wird der Fachmann geeignete seitliche Schmiermitteleintritte und einen vergrößerten Bolzendurchmesser innerhalb der Seitenwände des Nockenfolgers realisieren.
Alternativ kann auf die Wälzlagerung verzichtet werden und stattdessen wird ein Zwischenring appliziert, der neben einem Stahlwerkstoff auch aus einem Kunststoff oder einer Maschinenbaukeramik bestehen kann. Ggf. kann auch der Zwischenring mit einer Nadellagerung an dessen Außenlaufbahn oder Bohrung kombiniert werden.
Vorgeschlagen ist es zudem, dass der Bolzen beidendig eine Abstufung seines Durchmessers aufweist, über welche er in den Bohrungen gelagert ist, wobei Ringabsätze der Abstufungen vor Innenseiten der Seitenwände, den Bolzen axial fixierend, laufen. Der mittig somit erhöhte Bereich kann ein- oder mehrteilig an den Bolzen angebunden sein. Bei letztgenannter Lösung kann der Bolzen einen aufgepressten Ring aufweisen, dessen Stirnen die Ringabsätze bilden. Diese Lösung stellt sich als vergleichsweise preiswert dar.
Aufgrund des o. g. verringerten Bolzendurchmessers in dessen Endbereichen können, bei gleichbleibendem Abstand der Bohrungen zur Unterseite des Nockenfolgers, die nockenzugewandten Längsseiten der Seitenwände noch niedriger ausgelegt werden. Somit ist ein noch größerer Nockendifferenzhub unter Umständen möglich oder es ist bei gleichem Differenzhub möglich, die Nockenanlaufrolle im Durchmesser zu reduzieren.
Die Erfindung sieht auch ein Baukastenprinzip vor, d. h., bei gleich „dickem” Bolzen können, je nach Applikation, aufgepresste Ringe mit unterschiedlichen Außendurchmessern vorgesehen werden (Nadel- oder Gleitlagerung), um somit bspw. bei vergrößertem Ring die hertzsche Pressung zu reduzieren oder bessere Gleitlagerbedingungen zu schaffen.
Gemäß einer weiteren Konkretisierung der Erfindung soll der Nockenfolger ein U-Profil im Querschnitt aufweisen und aus Blech stanz-biegetechnisch hergestellt sein. Es ist jedoch auch ein umgekehrtes U-Profil oder eine H-Form denkbar und vorgesehen. Zudem kann der Nockenfolger auch aus mehreren Komponenten gebaut sein.
Neben der Blechausbildung kann der Nockenfolger auch in einem Fließpress- oder Spanverfahren bzw. durch Gießen oder in einem MIM-Verfahren dargestellt werden.
Zur Zeichnung:
1 zeigt eine erste Variante eines als Schlepphebel ausgebildeten Nockenfolgers mit nadelgelagerter Nockenanlaufrolle in räumlicher Darstellung;
2 zeigt einen Nockenfolger ähnlich dem Vorgenannten, jedoch mit direkt auf dem Bolzen laufender Nockenanlaufrolle und in die Bohrungen geschnapptem Bolzen und
3 zeigt einen Nockenfolger wie zuvor, jedoch mit Zwischenring zur Lagerung der Nockenanlaufrolle; hier in Seitenansicht.
Aus 1 geht ein schmalbauender, hebelartigen Nockenfolger 1 für einen Schiebenockenventiltrieb einer Brennkraftmaschine hervor. Der Nockenfolger 1 hat einen U-förmigen Querschnitt und besteht aus dünnwandigem Stahlblech.
Der Nockenfolger 1, welcher hier als Schlepphebel vorliegt, hat zwei durch einen Querbalken 5 verbundene, aufrechte Seitenwände 6. An einer Unterseite 21 des Querbalkens 5 ist einenends eine Anlage 3 für ein Gaswechselventil und anderenends eine kalottenförmige Lagerstelle 4 zur schwenkbeweglichen Abstützung auf einem Kopf eines Abstützelements angeordnet.
Etwa im Bereich einer Längsmitte des Nockenfolgers 1 verläuft zwischen seinen Seitenwänden 6 eine Nockenanlaufrolle 2 auf einem Bolzen 7, welcher in Bohrungen 9 der Seitenwände 6 sitzt. Wie zu erkennen ist, sind die Bohrungen 9 nicht vollständig geschlossen, sondern jede Bohrung 9 schneidet eine nockenzugewandte Längsseite 10 ihrer Seitenwand 6 abschnittsweise, so dass der Bolzen 7 an dieser Längsseite 10 mit einem Umfangssegment 11 frei liegt. Gemäß sämtlichen Figuren umfasst die jeweilige Bohrung 9 den Bolzen 7 um mehr als 180°.
Wie in 1 gezeigt, sitzt die Nockenanlaufrolle 2 über eine Nadellagerung 14 auf dem Bolzen 7. Dabei sind Nadeln 15 der Nadellagerung 14 lateral im Bereich der jeweils nockenzugewandten Längsseite 10 der Seitenwand 6 abschnittsweise wandfrei, d. h. mit anderen Worten, sie ragen über die Längsseiten 10 der Seitenwände 6 hinaus. Zu deren Verliersicherung ist beidseits der Nockenanlaufrolle 2 eine innerhalb der Seitenwände 6 auf dem Bolzen 7 sitzende Anlaufscheibe 16 appliziert, welche die Nadeln 15 hierbei größtenteils radial überdeckt.
Der vollständig durchgehärtete Bolzen 7 nach 1 ist stirnseitig verstemmt, also aufgeweitet und somit hervorragend axial fixiert. Ggf. kann er, trotz dessen Aufweitung, innerhalb der Bohrungen 9 drehbeweglich vorliegen. Zum Zwecke dessen Montage wird er seitlich durch die Bohrungen 9, bei vormontierter Nockenanlaufrolle 2, geführt.
Wie aus 2 hervorgeht, sind unmittelbar beidseitig des jeweils freien Umfangssegments 11 der Bohrung 9 liegende Bereiche der Längsseite 10 der Seitenwand 6 als biegeelastische Ansätze 12 ausgebildet. Eine Montage des Bolzens 7 gestaltet sich derart, dass dieser von oben hinter die Ansätze 12 geschnappt ist.
Aus 2 ist weiter entnehmbar, dass die Nockenanlaufrolle 2 unmittelbar über ihre Bohrung 17 auf dem Bolzen 7 gleitgelagert verläuft. Letztgenannter Bolzen 7 weist beidendig eine Abstufung 22 seines Durchmessers auf, über welche er in den Bohrungen 9 gelagert ist. Unter „Abstufung 22” ist hierbei eine Durchmesserverringerung zu verstehen. Ringabsätze 20 der Abstufungen 22 laufen vor Innenseiten 13 der Seitenwände 6, so dass der Bolzen 7 gut axial fixiert ist. Anstelle des gestuften Bolzens 7 kann dieser auch ungestuft vorliegen, wobei zur Darstellung dessen Stufung dann ein separater Ring mittig aufgepresst ist.
Gemäß 3 ist die Nockenanlaufrolle 2 über einen Zwischenring 18 auf dem Bolzen 7 gelagert. Die Nadellagerung nach 1 entfällt.
Aufgrund der in Nockenrichtung offenen Bohrungen 9 für den Bolzen 7 ist es möglich, die Höhe der Seitenwände 6 von der Nockenseite her zu reduzieren, so dass ein größerer Nockenfreigang wie eingangs dargelegt möglich ist.
Bezugszeichenliste

1: Nockenfolger
2: Nockenanlaufrolle
3: Anlage
4: Lagerstelle
5: Querbalken
6: Seitenwand
7: Bolzen
8: nichtvergeben
9: Bohrung
10: Längsseite
11: Umfangssegment
12: Ansatz
13: Innenseite
14: Nadellagerung
15: Nadel
16: Anlaufscheibe
17: Bohrung
18: Zwischenring
19: Stirnseite
20: Ringabsatz
21: Unterseite
22: Abstufung

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102004002290 A1 [0002]

Claims

Hebelartiger Nockenfolger (1), insbesondere für einen Schiebenockenventiltrieb einer Brennkraftmaschine, mit einer Nockenanlaufrolle (2), einer Anlage (3) für ein Gaswechselventil und einer Lagerstelle (4) zur Abstützung gegenüber einem Zylinderkopf der Brennkraftmaschine, welcher Nockenfolger (1) zwei durch einen Querbalken (5) verbundene Seitenwände (6) hat, zwischen denen die auf einem Bolzen (7) gelagerte Nockenanlaufrolle (2) aufgenommen ist, welcher Bolzen (7) in Bohrungen (9) der Seitenwände (6) verläuft, dadurch gekennzeichnet, dass jede Bohrung (9) eine nockenzugewandte Längsseite (10) ihrer Seitenwand (6) abschnittsweise schneidet, derartig, dass der Bolzen (7) an dieser Längsseite (10) mit einem Umfangssegment (11) frei liegt.
Nockenfolger nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die jeweilige Bohrung (9) den Bolzen (7) um mehr als 180° umfasst.
Nockenfolger nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass unmittelbar beidseitig des jeweils freien Umfangssegments (11) der entsprechenden Bohrung (9) liegende Bereiche der Längsseite (10) der Seitenwand (6) als biegeelastische Ansätze (12) dargestellt sind, hinter welche der Bolzen (7) geschnappt ist.
Nockenfolger nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Bolzen (7) beidendig eine Abstufung (22) seines Durchmessers aufweist, über welche er in den Bohrungen (9) gelagert ist, wobei Ringabsätze (20) der Abstufungen (22) vor Innenseiten (13) der Seitenwände (6), den Bolzen (7) axial fixierend, laufen.
Nockenfolger nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass zur Darstellung der Abstufungen (22) der Bolzen (7) einen mittig aufgepressten Ring aufweist, dessen Stirnen die Ringabsätze (20) bilden.
Nockenfolger nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Nockenanlaufrolle (2) über eine Wälzlagerung wie eine Nadellagerung (14) auf dem Bolzen (7) sitzt, wobei Nadeln (15) der Nadellagerung (14) lateral im Bereich der jeweils nockenzugewandten Längsseite (10) der Seitenwand (6) abschnittsweise wandfrei sind, wobei zu deren Verliersicherung eine auf dem Bolzen (7) zwischen der Seitenwand (6) und der Nockenanlaufrolle (2) sitzende Anlaufscheibe (16) appliziert ist, welche die Nadeln (15) radial zumindest abschnittsweise überdeckt.
Nockenfolger nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Nockenanlaufrolle (2) über ihre Bohrung (17) unmittelbar auf dem Bolzen (7) gelagert ist.
Nockenfolger nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Nockenanlaufrolle (2) über einen Zwischenring (18) auf dem Bolzen (7) gelagert ist.
Nockenfolger nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Nockenfolger (1) einen U-, umgekehrt U- oder H-förmigen Querschnitt aufweist und entweder aus Stahlblech stanz-biegetechnisch oder fließpresstechnisch hergestellt ist.
Nockenfolger nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Bolzen (7) über seine gesamte Längserstreckung durchgehärtet ist und dessen Stirnseiten (19) mittels Radialpunktnieten aufgeweitet sind.