DE102013218908A1

DE102013218908A1 - Schiebenockensystem mit Querstift

Info

Publication number: DE102013218908A1
Application number: DE201310218908
Authority: DE
Inventors: Ronny Günnel
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2013-09-20
Filing date: 2013-09-20
Publication date: 2015-03-26

Abstract

Vorgeschlagen ist ein Schiebenockensystem mit zumindest einem Schiebenocken (3), der auf zumindest einer axial festgelegten Grundwelle (1) einer Hubkolbenbrennkraftmaschine zur Bildung einer Nockenwelle drehfest, aber axial verschiebbar angeordnet ist, mit zumindest einer Aktorvorrichtung zur Verstellung des Schiebenockens (3) in unterschiedliche axiale Positionen mittels zumindest eines mit zumindest einer Verschiebenut (5) am Umfang des Schiebenockens (3) in Wirkverbindung stehenden Aktorstiftes, wobei die Aktorvorrichtung ein maschinenfestes Gehäuse aufweist und die Verschiebenut (5) in einem Umfangsabschnitt (4) des Schiebenockens (3) angeordnet ist, und mit einer Vorrichtung zur Arretierung des Schiebenockens (3) in den unterschiedlichen axialen Positionen, wobei die Arretiervorrichtung zumindest einen federbelasteten Arretierkörper aufweist, der mit den axialen Positionen zugeordneten Arretieranschlägen in Wirkverbindung steht, wobei der Schiebenocken (3) auf der Grundwelle (1) drehbar und axial verschiebbar gelagert ist und die Drehmomentübertragung zwischen Grundwelle (1) und Schiebenocken (3) mittels eines im Schiebenocken (3) angeordneten, im Wesentlichen tangential ausgerichteten Querstiftes (8) erfolgt, der mit einer Mitnahmeabflachung (2) an der Grundwelle (1) in Verbindung steht.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Schiebenockensystem mit zumindest einem Schiebenocken, der auf zumindest einer axial festgelegten Grundwelle einer Hubkolbenbrennkraftmaschine zur Bildung einer Nockenwelle drehfest, aber axial verschiebbar angeordnet ist, mit zumindest einer Aktorvorrichtung zur Verstellung des Schiebenockens in unterschiedliche axiale Positionen mittels zumindest eines mit zumindest einer Verschiebenut am Umfang des Schiebenockens in Wirkverbindung stehenden Aktorstiftes, wobei die Aktorvorrichtung ein maschinenfestes Gehäuse aufweist und die Verschiebenut in einem Umfangsabschnitt des Schiebenockens angeordnet ist, und mit einer Vorrichtung zur Arretierung des Schiebenockens in den unterschiedlichen axialen Positionen, wobei die Arretiervorrichtung zumindest einen federbelasteten Arretierkörper aufweist, der mit den axialen Positionen zugeordneten Arretieranschlägen in Wirkverbindung steht.
Ein derartiges gattungsgemäßes Schiebenockensystem ist aus der EP 0 798 451 A1 bekannt. Das System weist eine Arretiervorrichtung auf, die einen in der Grundwelle angeordneten federbelasteten Arretierkörper beinhaltet, der mit Arretieranschlägen an dem Innenmantel des Schiebenockens in Verbindung steht. Sowohl die Grundwelle als auch der Innenmantel des Schiebenockens sind mit Hilfe einer flankenzentrierten Verzahnung drehfest miteinander verbunden, wobei über die Flanken sowohl das Drehmoment übertragen wird als auch die Zentrierung des Schiebenockens auf der Grundwelle erfolgt. Die Verzahnung auf der Grundwelle und im Schiebenocken ist teuer und aufwändig in der Herstellung, da die Innenverzahnung am Schiebenocken geräumt werden muss. Weiterhin ist es nachteilig, dass hierbei Fertigungstoleranzen innerhalb der Verzahnung einen starken Einfluss auf den Grundkreisschlag des Schiebenockens haben. Ein hoher Grundkreisschlag ist schädlich für die Dynamik des Ventiltriebes, wobei es sogar zu einem unkontrollierten Öffnen eines Gaswechselventils kommen kann.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Schiebenockensystem zur Verfügung zu stellen, bei dem die zuvor beschriebenen Nachteile behoben sind und eine einfache, kostengünstige und exakte Zentrierung und Drehmomentübertragung zwischen Grundwelle und Schiebenocken gegeben ist.
Die Aufgabe der Erfindung wird dadurch gelöst, dass der Schiebenocken drehbar und axial verschiebbar auf der Grundwelle gelagert ist und dass die Drehmomentübertragung zwischen Grundwelle und Schiebenocken mittels eines im Schiebenocken angeordneten, im Wesentlichen tangential ausgerichteten Querstiftes erfolgt, der mit einer Mitnahmeabflachung an der Grundwelle in Verbindung steht. Somit kann der Schiebenocken über eine einfache, kostengünstige und exakte Lagerung auf der Grundwelle geführt werden, zumal im Bereich der Nockenwelle eine hinreichende Menge von Schmiermittel vorhanden ist. Der Querstift weist gegenüber der Mitnahmeabflachung ein geringes Spiel auf, um eine leichte Axialverschiebbarkeit zu ermöglichen. In vorteilhafter Weise weist der Innenmantel des Schiebenockens und der Außenmantel der Grundwelle geschliffene Flächen auf. Dadurch kann die Lagerung des Schiebenockens auf der Grundwelle über die beiden geschliffenen Kontaktbereiche weiter präzisiert und eine Axialverschiebung mit geringer Reibung erzielt werden.
In vorteilhafter Weise weist der Querstift eine Abflachung auf, die mit der Mitnahmeabflachung an der Grundwelle in Verbindung steht. Dadurch wird ein Formschluss zwischen dem Querstift bzw. der Abflachung des Querstiftes und der Mitnahmeabflachung an der Grundwelle erzeugt, der zugeordnete ebene Flächen aufweist. Je nach Größe und Anwendungsfall der Nockenwelle mag es ausreichen, wenn der Querstift ohne Abflachung ausgebildet ist. Dann besteht allerdings die Gefahr einer punktförmigen Berührung zwischen dem Querstift und der Mitnahmeabflachung. Weist der Querstift zusätzlich aber eine Abflachung auf, so ist zumindest ein Linienkontakt zwischen dem Querstift und der Grundwelle gegeben. Ist die Abflachung am Querstift schräg zur Längsachse des Querstiftes ausgerichtet, so ist es möglich, durch mehr oder weniger weites Einschieben des Querstiftes in den Schiebenocken das Spiel zwischen Querstift und Mitnahmeabflachung an der Grundwelle zu verändern. Der Querstift wird in vorteilhafter Weise in eine Bohrung im Schiebenocken eingepresst, um einen sicheren Halt zu gewährleisten.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung wird vorgeschlagen, dass die Mitnahmeabflachung zumindest einseitig, vorzugsweise beidseitig, zu einer die Drehachse der Grundwelle schneidenden Ebene um einen Winkel α geneigt ist. Dabei wird die Größe des Winkels so gewählt, dass bei einem nominellen betriebsbedingten Verdrehspiel ein Flächenkontakt, statt Linienkontakt, zwischen der Abflachung des Querstiftes und der Mitnahmeabflachung an der Grundwelle gegeben ist.
Weiterhin wird vorgeschlagen, dass der Querstift im Anschluss an die Abflachung seitliche Schrägen aufweist und dass die Schrägen als Arretieranschläge für den in der Grundwelle angeordneten Arretierkörper dienen. Damit entsteht eine Arretierkontur für den Arretierkörper, der vorzugweise als Kugel ausgebildet ist. Die Kugel bzw. der Arretierkörper ist in einer Bohrung der Grundwelle einschließlich Feder eingebaut. Die jeweilige seitliche Schräge dient dabei als Arretieranschlag. Bei einer derartigen Ausgestaltung ist es vorteilhaft, wenn der Schiebenocken einen eigenen weiteren gegengerichteten Arretieranschlag aufweist, da die Schräge am Querstift nur einen Arretieranschlag in einer Richtung bildet. Vorzugsweise weist daher der Schiebenocken am Umfang eine Lagerfläche auf, die mit einem maschinenfesten Lagergehäuse in Verbindung steht, wobei der Schiebenocken und das Lagergehäuse axiale Anschlagflächen aufweisen und die Anschlagflächen als Arretieranschläge ausgebildet sind. Diese stirnseitigen, axial wirkenden Anschlagflächen dienen dabei als Arretieranschlag in der einen Richtung, wobei die seitlichen Schrägen am Querstift Arretieranschläge in der Gegenrichtung bilden. Als Alternative zu diesen Anschlagflächen kann eine Arretiervorrichtung gemäß dem Stand der Technik, z. B. entsprechend der EP 0 798 451 A1 , zur Anwendung kommen.
Erfindungsgemäß vorgeschlagen wird eine Arretiervorrichtung, die einen Federring aufweist, der in einer Nut der Grundwelle eingesetzt ist und bei der am Innenmantel des Schiebenockens Arretierrillen eingearbeitet sind, mit denen der Federring in Wirkverbindung steht. Der Federring kann sich dabei an den Flanken der Arretierrillen abstützend verkleinern, so dass er von einer Arretierrille zur anderen wandern kann. Selbstverständlich kann in kinematischer Umkehr der Federring auch in einer Nut in dem Schiebenocken eingesetzt sein und die Grundwelle die Arretierrillen aufweisen. Der Federring weist in vorteilhafter Weise radial beabstandete Umfangsbereiche auf, die der Nut und den Arretierrillen zugewandt sind. Dabei kann der Bereich am Federring eindeutig definiert werden, der die Stütze in der Nut aufweist, und der Bereich, der ausreichend nachgiebig und elastisch ist, um die Arretierrillen und deren Flanken zu kontaktieren. Bedeutsam bei dieser Arretiervorrichtung ist, dass die Grundwelle weniger geschwächt wird als durch eine radiale Bohrung in der Welle, da die Tiefe der Nut gering gehalten werden kann.
Die Erfindung ist in den Zeichnungen beschrieben:
• 1 zeigt einen Querschnitt durch eine Grundwelle, einen Querstift und einen Schiebenocken;
• 2 zeigt einen Längsschnitt durch einen Abschnitt einer Grundwelle, einen Querstift und einen Schiebenocken mit Schnitt durch eine Bohrung in der Grundwelle für einen federbelasteten Arretierkörper;
• 3 zeigt eine perspektivische Ansicht eines Querstiftes mit Schrägen;
• 4 zeigt einen Längsschnitt ähnlich 2, jedoch mit einer modifizierten Arretierung und
• 5 zeigt einen Querschnitt durch eine Grundwelle, einen Schiebenocken und eine modifizierte Arretiervorrichtung gemäß 4.
In den 1 bis 5 ist, soweit im Einzelnen dargestellt, mit 1 eine Grundwelle bezeichnet, die einen zylindrischen Außenmantel aufweist, in dem eine Mitnahmeabflachung 2 eingearbeitet ist. Auf der Grundwelle 1 ist ein Schiebenocken 3 gelagert, der einen glatten Innenmantel aufweist. In einer bevorzugten Ausgestaltung ist der Innenmantel des Schiebenockens 3 und der Außenmantel der Grundwelle 1 geschliffen bearbeitet, so dass eine exakte und präzise Führung des Schiebenockens 3 auf der Grundwelle bzw. umgekehrt gegeben ist. Der Schiebenocken 3 weist einen Umfangsabschnitt 4 auf, in dem Verschiebenuten 5 eingearbeitet sind. Neben dem Umfangsabschnitt 4 weist der Schiebenocken 3 eine Lagerfläche 6 auf, die in einem maschinenfesten Lagergehäuse 7 geführt ist. Die Lagerfläche 6 und das Lagergehäuse 7 weisen stirnseitige Anschlagflächen auf, die eine axiale Begrenzung der Bewegung des Schiebenockens erzeugen. In dem Schiebenocken 3 ist eine tangential ausgerichtete Bohrung vorgesehen, in der ein Querstift 8 eingesetzt bzw. eingepresst ist. Der Querstift 8 weist eine Abflachung 9 auf, die mit der Mitnahmeabflachung 2 an der Grundwelle 1 in Wirkverbindung steht. Da die Abflachung 9 an dem Querstift 8 in Längsrichtung zur Achse des Querstiftes 8 schräg ausgebildet ist, kann das Spiel zwischen der Abflachung 9 des Querstiftes 8 und der Mitnahmeabflachung 2 an der Grundwelle 1 durch Variation der Einpresstiefe des Querstiftes 8 in dem Schiebenocken 3 variiert werden. Ein gewisses Spiel zwischen Abflachung 9 am Querstift 8 und Mitnahmeabflachung 2 an der Grundwelle 1 ist erforderlich, um die axiale Verschiebbarkeit des Schiebenockens 3 auf der Grundwelle 1 sicherzustellen.
Aus 2 ist ersichtlich, dass in der Grundwelle eine Bohrung vorgesehen ist, in der eine Feder 10 und ein Arretierkörper 11 eingesetzt sind, wobei der Arretierkörper 11 als Kugel ausgeführt ist. Durch die Rundung am Querstift 8 ist es möglich, dass der Arretierkörper 11 gegen die Kraft der Feder 10 in die Bohrung herein gedrückt wird, so dass die Arretierung gelöst werden kann.
Wie in 3 dargestellt, sind im Anschluss an die Abflachung 9 am Querstift 8 seitliche Schrägen 12 eingearbeitet. Da die jeweilige Schräge 12 am Querstift 8 einen Arretieranschlag in einer Richtung bietet, bildet die jeweilige stirnseitige Anschlagfläche an der Lagerfläche 5 und dem Lagergehäuse 7 den entgegengesetzten Arretieranschlag.
Als alternative Arretiervorrichtung wird, wie aus den 4 und 5 ersichtlich, vorgeschlagen, dass die Grundwelle 1 eine Nut 13 aufweist, in der ein Federring 14 eingesetzt ist. Der Schiebenocken 3 weist dazu passend an dem Innenmantel Arretierrillen 15 auf, so dass über den Federring 14, die Nut 13 und die Arretierrillen 15 eine Arretierung des Schiebenockens 3 auf der Grundwelle 1 erfolgen kann. Der Federring 14 weist, wie in 5 dargestellt, radial beabstandete Umfangsbereiche auf, die zum einen den festen Sitz des Federringes in der Nut 13 sicherstellen und andererseits den Kontakt zu den Arretierrillen 15 und deren Flanken bewirken.
Bezugszeichenliste

1: Grundwelle
2: Mitnahmeabflachung
3: Schiebenocken
4: Umfangsabschnitt
5: Verschiebenuten
6: Lagerfläche
7: Lagergehäuse
8: Querstift
9: Abflachung
10: Feder
11: Arretierkörper
12: Schrägen
13: Nut
14: Federring
15: Arretierrillen

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

EP 0798451 A1 [0002, 0007]

Claims

Schiebenockensystem mit zumindest einem Schiebenocken (3), der auf zumindest einer axial festgelegten Grundwelle (1) einer Hubkolbenbrennkraftmaschine zur Bildung einer Nockenwelle drehfest, aber axial verschiebbar angeordnet ist, mit zumindest einer Aktorvorrichtung zur Verstellung des Schiebenockens (3) in unterschiedliche axiale Positionen mittels zumindest eines mit zumindest einer Verschiebenut (5) am Umfang des Schiebenockens (3) in Wirkverbindung stehenden Aktorstiftes, wobei die Aktorvorrichtung ein maschinenfestes Gehäuse aufweist und die Verschiebenut (5) in einem Umfangsabschnitt (4) des Schiebenockens (3) angeordnet ist, und mit einer Vorrichtung zur Arretierung des Schiebenockens (3) in den unterschiedlichen axialen Positionen, wobei die Arretiervorrichtung zumindest einen federbelasteten Arretierkörper aufweist, der mit den axialen Positionen zugeordneten Arretieranschlägen in Wirkverbindung steht, dadurch gekennzeichnet, dass der Schiebenocken (3) drehbar und axial verschiebbar auf der Grundwelle (1) gelagert ist und dass die Drehmomentübertragung zwischen Grundwelle (1) und Schiebenocken (3) mittels eines im Schiebenocken (3) angeordneten, im Wesentlichen tangential ausgerichteten Querstiftes (8) erfolgt, der mit einer Mitnahmeabflachung (2) an der Grundwelle (1) in Verbindung steht.
Schiebenockensystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die einander zugewandten Mantelflächen des Schiebenockens (3) und der Grundwelle (1) als geschliffene Flächen ausgeführt sind.
Schiebenockensystem nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Querstift (8) eine Abflachung (9) aufweist, die mit der Mitnahmeabflachung (2) an der Grundwelle (1) in Verbindung steht.
Schiebenockensystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Abflachung (9) schräg zur Längsachse des Querstiftes (8) ausgerichtet ist.
Schiebenockensystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Querstift (8) in den Schiebenocken (3) mittels Presssitz eingesetzt ist.
Schiebenockensystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Mitnahmeabflachung (2) zumindest einseitig zu einer die Drehachse der Grundwelle (1) schneidenden Radialebene um einen Winkel α geneigt ist.
Schiebenockensystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Querstift (8) im Anschluss an die Abflachung (9) seitliche Schrägen (12) aufweist und dass die Schrägen (12) als Arretieranschläge für den in der Grundwelle (1) angeordneten Arretierkörper (11) dienen.
Schiebenockensystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Schiebenocken (3) am Umfang eine Lagerfläche (6) aufweist, die mit einem maschinenfesten Lagergehäuse (7) in Verbindung steht, dass der Schiebenocken (3) und das Lagergehäuse (7) axiale Anschlagflächen aufweisen und dass die Anschlagflächen als Arretieranschläge ausgebildet sind.
Schiebenockensystem nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Arretiervorrichtung eine ringförmige Feder aufweist, die in einer Nut (13) der Grundwelle (1) eingesetzt ist und dass am Innenmantel des Schiebenockens (3) als Arretieranschläge ausgebildete Arretierrillen (15) eingearbeitet sind, mit denen der Federring (14) in Wirkverbindung steht.
Schiebenockensystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Federring (14) radial beabstandete Umfangsbereiche aufweist, die der Nut (13) und den Arretierrillen (15) zugeordnet sind.