DE102014007166A1

DE102014007166A1 - Ventiltrieb für eine Brennkraftmaschine, Brennkraftmaschine sowie Verfahren zur Herstellung eines entsprechenden Ventiltriebs

Info

Publication number: DE102014007166A1
Application number: DE102014007166.9A
Authority: DE
Inventors: Rüdiger Zeidler
Original assignee: Audi AG
Current assignee: Audi AG
Priority date: 2014-05-15
Filing date: 2014-05-15
Publication date: 2015-11-19
Anticipated expiration: 2034-05-16
Also published as: DE102014007166B4

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Ventiltrieb (1) für eine Brennkraftmaschine, mit wenigstens einer Grundnockenwelle (2), auf der drehfest und axial verschiebbar mindestens ein wenigstens einen Ventilbetätigungsnocken (8) aufweisender Nockenträger (3) vorgesehen ist, wobei der Nockenträger (3) über ein rohrförmiges, die Grundnockenwelle (2) wenigstens bereichsweise aufnehmendes Grundelement (4) verfügt, auf dem ein Nockenelement (6) des Nockenträgers (3), insbesondere der Ventilbetätigungsnocken (8) angeordnet ist, wobei zwischen dem Grundelement (4) und dem Nockenelement (6) wenigstens ein drehmomentübertragendes Verbindungselement (11) vorliegt, das wenigstens bereichsweise in eine Halteöffnung (12) des Grundelements (4) eingreift und formschlüssig in dieser gehalten ist. Dabei ist vorgesehen, dass das Verbindungselement (11) wenigstens einen Formschlussvorsprung (16) aufweist, der in eine Formschlussausnehmung (17) des Nockenelements (6) zum formschlüssigen Halten des Nockenelements (6) in axialer Richtung eingreift. Die Erfindung betrifft weiterhin eine Brennkraftmaschine sowie ein Verfahren zum Herstellen eines Ventiltriebs (1).

Description

Die Erfindung betrifft einen Ventiltrieb für eine Brennkraftmaschine, mit wenigstens einer Grundnockenwelle, auf der drehfest und axial verschiebbar mindestens ein wenigstens einen Ventilbetätigungsnocken aufweisender Nockenträger vorgesehen ist, wobei der Nockenträger über ein rohrförmiges, die Grundnockenwelle wenigstens bereichsweise aufnehmendes Grundelement verfügt, auf dem ein Nockenelement des Nockenträgers, insbesondere der Ventilbetätigungsnocken, angeordnet ist, wobei zwischen dem Grundelement und dem Nockenelement wenigstens ein drehmomentübertragendes Verbindungselement vorliegt, das wenigstens bereichsweise in eine Halteöffnung des Grundelements eingreift und formschlüssig in dieser gehalten ist. Die Erfindung betrifft weiterhin eine Brennkraftmaschine sowie ein Verfahren zur Herstellung eines Ventiltriebs.
Der Ventiltrieb der eingangs genannten Art kann beispielsweise für eine Brennkraftmaschine eingesetzt werden, bei welcher das Arbeitsspiel von Gaswechselventilen einzelner Zylinder der Brennkraftmaschine zur Verbesserung der thermodynamischen Eigenschaften beeinflusst werden kann. Der mindestens eine Nockenträger, welcher auch als Nockenstück bezeichnet werden kann, ist drehfest und axial verschiebbar beziehungsweise verlagerbar auf der Grundnockenwelle angeordnet. Die Verlagerung des Nockenträgers in axialer Richtung erfolgt beispielsweise mithilfe einer Stelleinrichtung, die eine Schaltkulisse auf dem Nockenträger und einen ortsfest angeordneten Aktuator, üblicherweise in einem Zylinderkopf der Brennkraftmaschine, umfasst. Der Aktuator verfügt über einen ausfahrbaren Mitnehmer, der sich mit einer schrauben- beziehungsweise spiralförmigen Nut der Schaltkulisse in Eingriff bringen lässt.
Dem Nockenträger ist der wenigstens eine Ventilbetätigungsnocken zugeordnet. Dieser weist eine Exzentrizität auf, welche der Betätigung eines Gaswechselventils der Brennkraftmaschine bei einem bestimmten Drehwinkel der Grundnockenwelle dient. Der Ventilbetätigungsnocken läuft demnach gemeinsam mit der Grundnockenwelle um, sodass das Gaswechselventil der Brennkraftmaschine zumindest einmal pro Umdrehung von dem Ventilbetätigungsnocken beziehungsweise dessen Exzentrizität betätigt wird. Der Ventilbetätigungsnocken wirkt dazu vorzugsweise mit einem Rollenschlepphebel des Gaswechselventils zusammen, indem er mit diesem in Anlagekontakt tritt.
Vorzugsweise sind mehrere Ventilbetätigungsnocken vorgesehen, welche unterschiedlichen Nockengruppen zugeordnet sein können. Die Ventilbetätigungsnocken können sich nun in der Winkellage, der Erstreckung in radialer Richtung und/oder in Umfangsrichtung ihrer Exzentrizität unterscheiden. Durch das axiale Verschieben des Nockenträgers kann dieser in wenigstens zwei, beispielsweise in eine erste und eine zweite Stellposition, gebracht werden. In der ersten Stellposition wird das Gaswechselventil von einem ersten der Ventilbetätigungsnocken und in der zweiten Stellposition von einem zweiten der Ventilbetätigungsnocken betätigt, welche derselben Nockengruppe zugeordnet sind. Durch die Verlagerung des Nockenträgers können somit insbesondere der Öffnungszeitpunkt, die Öffnungsdauer und/oder der Hub des Gaswechselventils, insbesondere in Abhängigkeit von einem Betriebszustand der Brennkraftmaschine, ausgewählt werden.
Der Nockenträger kann beispielsweise einstückig ausgebildet und aus einem metallischen Vollmaterial gefertigt sein, das verschiedenen Fertigungsschritten unterzogen wird. Die Fertigungsschritte umfassen beispielsweise ein Räumen einer Innenverzahnung des Nockenträgers, ein Schleifen oder Abdrehen von zylindrischen, zur Drehlagerung dienenden Abschnitten des Nockenträgers, eine Elektronenstrahlhärtung einer Oberfläche des Ventilbetätigungsnockens, sowie eine Gasnitrierung von Oberflächen im Bereich der Schaltkulisse. Diese Fertigungsschritte verursachen eine nicht unbeträchtlichen Aufwand und damit Kosten. Außerdem sind zur Lagerung der bekannten Nockenträger im Zylinderkopf der Brennkraftmaschine geteilte Lager mit zwei Lagerschalen beziehungsweise Lagerschalenhälften erforderlich, was einerseits einen zusätzlichen Fertigungs- und Montageaufwand und andererseits erhöhte Reibungsverluste im Falle einer unvollkommenen Paarung der beiden Lagerschalen oder Lagerschalenhälften verursacht.
Um den Fertigungsaufwand zu verringern, kann der Nockenträger modular aufgebaut sein und zu diesem Zweck aus dem Grundelement und dem wenigstens einen Nockenelement bestehen. Das Grundelement ist im Wesentlichen rohrförmig und nimmt die Grundnockenwelle wenigstens bereichsweise auf. Dazu umgreift es die Grundnockenwelle in Umfangsrichtung wenigstens bereichsweise, vorzugsweise vollständig. Das Grundelement weist bevorzugt eine Innenverzahnung auf, welche in eine Außenverzahnung der Grundnockenwelle zum drehfesten Halten des Grundelements an der Grundnockenwelle eingreift. Das Grundelement kann komplett mit Innenverzahnung als Profil gezogen werden und ist so einfach und kostengünstig herstellbar. Auf dem Grundelement wird das wenigstens eine Nockenelement angeordnet. Das Nockenelement ist insbesondere als Nockenscheibe ausgebildet. Beispielsweise liegt der Ventilbetätigungsnocken als Nockenelement vor. Das Nockenelement kann alternativ jedoch auch ein anderes Element, beispielsweise die Schaltkulisse, ein Abstandshalter oder ein Arretierelement sein. Das Nockenelement besteht bevorzugt aus Wälzlagerstahl, welches (fein)gestanzt und geschliffen beziehungsweise auf seiner Innenseite geräumt wird. Gleiche beziehungsweise gleichartige Nockenelemente können gemeinsam geschliffen beziehungsweise geräumt werden, was eine effiziente und kostengünstige Herstellung erlaubt.
Beispielsweise ist aus der DE 10 2009 022 657 A1 eine Nockenwelle für eine Brennkraftmaschine bekannt. Diese besteht aus einer Grundwelle, die mindestens eine Außenverzahnung aufweist, und mindestens einem wenigstens eine mit der Außenverzahnung zusammenwirkende Innenverzahnung aufweisenden, axial auf der Grundwelle verschieblich gelagerten Nockenträger. Dabei soll die Außenverzahnung beziehungsweise die Innenverzahnung aus Kunststoff gefertigt sein, wobei der Nockenträger aus Kunststoff um die Nockenelemente gespritzt ist. Auch hier wird demnach bereits ansatzweise ein modularer Aufbau des Nockenträgers an dem Nockenelement beschrieben. Allerdings ist der Herstellungsaufwand weiterhin sehr hoch.
Aus diesem Grund wurde in der Druckschrift DE 10 2011 109 256 A1 ein Ventiltrieb einer Brennkraftmaschine vorgeschlagen, bei welchem zwischen dem Grundelement und dem Nockenelement wenigstens ein drehmomentübertragendes Verbindungselement angeordnet ist.
Es ist nun Aufgabe der Erfindung, einen Ventiltrieb für eine Brennkraftmaschine vorzuschlagen, welcher gegenüber dem bekannten Stand der Technik Vorteile aufweist, insbesondere eine exakte Positionierung der Nockenelemente ermöglicht.
Dies wird erfindungsgemäß mit einem Ventiltrieb mit den Merkmalen des Anspruchs 1 erreicht. Dabei ist vorgesehen, dass das Verbindungselement wenigstens einen Formschlussvorsprung aufweist, der in eine Formschlussausnehmung des Nockenelements zum formschlüssigen Halten des Nockenelements in axialer Richtung eingreift.
Es ist nun nicht, wie aus dem Stand der Technik bekannt, vorgesehen, dass der Nockenträger um das Nockenelement gespritzt ist, wodurch eine Befestigung des Nockenelements an diesem erreicht wird. Vielmehr soll zwischen dem Grundelement und dem auf diesem angeordneten Nockenelement das Verbindungselement vorliegen, welches das Nockenelement zumindest in Umfangsrichtung gegenüber dem Grundelement festsetzt und damit eine zuverlässige Drehmomentübertragung von dem Grundelement auf das Nockenelement gewährleistet. Das Verbindungselement ist dabei bevorzugt ein Sinterelement, welches gehärtet beziehungsweise durchgehärtet ist. Der erfindungsgemäße Ventiltrieb hat den Vorteil, dass er modular aufgebaut ist, sodass seine einzelnen Bestandteile, also Grundnockenwelle und Nockenträger beziehungsweise Grundelement sowie Nockenelement aus einem entsprechend der jeweiligen Belastung gewählten Material bestehen können. Bei der Herstellung können zudem materialspezifische Fertigungsverfahren gewählt werden. Für jedes der Elemente des Ventiltriebs kann somit das jeweils vorteilhafteste Material zum Einsatz kommen. Der modulare Charakter des Ventiltriebs kommt insbesondere bei einer Ausführungsform zum Tragen, bei welcher das Nockenelement auf das Grundelement aufsteckbar ist.
Dabei ist insbesondere vorgesehen, dass das Verbindungselement wenigstens bereichsweise in eine Halteöffnung des Grundelements eingreift und formschlüssig in dieser gehalten ist, zumindest in Umfangsrichtung, vorzugsweise jedoch zusätzlich in axialer Richtung. Das Grundelement weist demnach die Halteöffnung auf. Diese liegt bevorzugt in einem Mantel beziehungsweise einer Mantelfläche des rohrförmigen Grundelements vor beziehungsweise durchgreift diese. Das Verbindungselement greift nun wenigstens bereichsweise in die Halteöffnung ein, wobei das Verbindungselement und die Halteöffnung derart formangepasst sind, dass zumindest ein formschlüssiges Halten des Verbindungselements in Umfangsrichtung realisiert ist. Die Halteöffnung ist bevorzugt als sich in axialer Richtung erstreckendes Langloch ausgebildet. Vorzugsweise ist das Verbindungselement auch in axialer Richtung formschlüssig in der Halteöffnung ortsfest gehalten. Es kann jedoch auch vorgesehen sein, dass die Halteöffnung eine Verlagerung des Verbindungselements in axialer Richtung in gewissem Umfang zulässt. Durch das Zusammenwirken der Halteöffnung und des Verbindungselements ist letzteres bezüglich einer Drehachse der Grundnockenwelle drehfest an dem Grundelement festgesetzt.
Mithilfe des Verbindungselements wird also bereits das Nockenelement drehfest bezüglich des Grundelements und mithin der Grundnockenwelle gehalten. Zusätzlich ist nun der wenigstens eine Formschlussvorsprung vorgesehen, welcher sich ausgehend von dem Verbindungselement in Richtung des Nockenelements, insbesondere bis in die Formschlussausnehmung des Nockenelements hinein, erstreckt. Der Formschlussvorsprung und die Formschlussausnehmung sind dabei derart ausgestaltet, dass das Verbindungselement und das Nockenelement in axialer Richtung aneinander festgesetzt sind. Beispielsweise ist der Formschlussvorsprung in die Formschlussausnehmung eingepresst. Durch dieses Einpressen wird eine sehr hohe Positionsgenauigkeit des Verbindungselements und des Nockenelements zueinander und entsprechend des Nockenelements zu dem Grundelement erzielt. Die Montagetoleranzen können also mit dem hier vorgestellten Ventiltrieb deutlich reduziert werden.
Eine bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass das Verbindungselement an der Grundnockenwelle anliegt und von dieser in der Halteöffnung gehalten ist. Wie bereits erläutert, liegt das Verbindungselement wenigstens bereichsweise in der Halteöffnung des Grundelements vor. Während das Grundelement in axialer Richtung gesehen im Bereich des Verbindungselements von dem Nockenelement wenigstens teilweise, insbesondere vollständig, umgriffen wird, ist in dem Grundelement die Grundnockenwelle angeordnet. Das Verbindungselement ist nun derart angeordnet, dass es von der Grundnockenwelle in die Halteöffnung hineingedrängt beziehungsweise in dieser gehalten wird. Gleichzeitig verhindert jedoch das Nockenelement, dass das Verbindungselement auf der der Grundnockenwelle abgewandten Seite aus der Halteöffnung herausgelangen kann. Entsprechend drängt auch das Nockenelement das Verbindungselement in die Halteöffnung beziehungsweise hält es in dieser.
Besonders bevorzugt weist das Verbindungselement in axialer Richtung Abmessungen auf, welche den Abmessungen in axialer Richtung der Halteöffnung entsprechen oder kleiner sind als diese. Zusätzlich oder alternativ kann das Verbindungselement in Umfangsrichtung Abmessungen aufweisen, welche kleiner sind als die Abmessungen der Halteöffnung in Umfangsrichtung oder diesen entsprechen. In axialer Richtung und/oder in Umfangsrichtung ragt das Verbindungselement mithin nicht über die Halteöffnung hinaus, sondern ist vollständig in dieser angeordnet. Es kann jedoch vorgesehen sein, dass das Verbindungselement in radialer Richtung nach innen und/oder nach außen über die Halteöffnung übersteht, um mit der Grundnockenwelle, dem Nockenelement oder beiden in Berührkontakt zu treten. Selbstverständlich kann es jedoch auch vorgesehen sein, dass das Verbindungselement in radialer Richtung nach innen und/oder nach außen bündig mit dem entsprechenden Rand der Halteöffnung abschließt, also in dieser Richtung nicht aus der Halteöffnung herausragt.
In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass das Verbindungselement eine Innenverzahnung aufweist, die in eine Außenverzahnung der Grundnockenwelle eingreift. Entsprechend steht das Verbindungselement der Grundnockenwelle über die Verzahnungen in drehmomentübertragender Verbindung. Durch das Zusammenwirken der Innenverzahnung und der Außenverzahnung können die während der Montage auftretenden Positionstoleranzen deutlich verringert werden, weil die Positionsgenauigkeit verbessert wird.
In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass das Verbindungselement wenigstens bereichsweise in eine Fixieröffnung des Nockenelements eingreift und in dieser in Umfangsrichtung ortsfest gelagert ist. Die Fixieröffnung ist demnach ebenso wie die Halteöffnung des Grundelements derart an das Verbindungselement formangepasst, dass ein formschlüssiges Halten des Nockenelements in Umfangsrichtung realisiert ist. Über das Verbindungselement ist demnach das Nockenelement drehfest mit dem Grundelement verbunden. Dabei kann vorgesehen sein, dass die Fixieröffnung das Nockenelement in axialer Richtung vollständig durchgreift. Das bedeutet, dass das formschlüssige Halten des Nockenelements in axialer Richtung nicht durch das Eingreifen des Verbindungselements in die Fixieröffnung bewirkt wird, sondern vielmehr durch den in der Formschlussausnehmung angeordneten Formschlussvorsprung. Mit der gewählten Ausgestaltung des Verbindungselements ist bei einer Montage des Ventiltriebs ein Aufstecken des Nockenelements möglich. Das Nockenelement ist insoweit auf den Nockenträger aufschiebbar.
Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass die Formschlussausnehmung in die Fixieröffnung einmündet. Die Formschlussausnehmung geht also von der Fixieröffnung aus, beispielsweise erstreckt sie sich in radialer Richtung ausgehend von dieser nach außen. Es kann vorgesehen sein, dass die Formschlussausnehmung in Umfangsrichtung gesehen dieselben Abmessungen aufweist wie die Fixieröffnung und/oder an derselben Umfangsposition vorliegt. Es kann jedoch auch vorgesehen sein, dass die Formschlussausnehmung kleiner ist als die Fixieröffnung. in diesem Fall liegt sie beispielsweise in Umfangsrichtung zentriert zu dieser vor.
in einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass mehrere Nockenelemente vorgesehen sind, wobei zumindest eines der Nockenelemente durch Berührkontakt mit benachbarten Nockenelementen in axialer Richtung festgesetzt ist. Es ist also nicht vorgesehen, dass das wenigstens eine Nockenelement mittels separater Befestigungsmittel in axialer Richtung an dem Grundelement befestigt ist. Vielmehr soll das Nockenelement zu den benachbarten Nockenelementen derart angeordnet sein, dass es in axialer Richtung unverlagerbar ist. Selbstverständlich können auch mehrere nebeneinanderliegende Nockenelemente von sie in axialer Richtung einfassenden Nockenelementen in axialer Richtung gehalten sein.
Zu diesem Zweck sind beispielsweise endseitig des Nockenträgers beziehungsweise des Grundelements angeordnete Nockenelemente als Arretierelemente ausgebildet. Die Arretierelemente sind in axialer Richtung bezüglich des Grundelements ortsfest gehalten, womit auch die weiteren Nockenelemente in axialer Richtung festgesetzt sind. Das Arretierelement ist beispielsweise ein gehärtetes Sinterelement. Beispielsweise kann es vorgesehen sein, dass das Arretierelement die Formschlussausnehmung aufweist, in welche der Formschlussvorsprung des Verbindungselements eingreift und mithin das Arretierelement bezüglich des Grundelements festsetzt.
Insoweit kann in einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen sein, das jeweils außenliegende Nockenelement mehrerer benachbarter Nockenelemente die Formschlussausnehmung mit darin angeordnetem Formschlussvorsprung aufweisen. Die Nockenelemente sind vorzugsweise unmittelbar benachbart zueinander angeordnet, jeweils zwei der Nockenelemente liegen also unmittelbar aneinander an. Die außenliegenden Nockenelemente dienen nun als Arretierelemente und entsprechend zur Fixierung der zwischen ihnen angeordneten Nockenelemente.
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass – in Umfangsrichtung gesehen – das Grundelement nur eine einzige Halteöffnung und/oder das Nockenelement nur eine einzige Fixieröffnung aufweist. In Umfangsrichtung sind also nicht mehrere Halteöffnungen beziehungsweise mehrere Fixieröffnungen nebeneinander angeordnet. Liegen mehrere Halteöffnungen beziehungsweise Fixieröffnungen vor, so sind diese in axialer Richtung versetzt und bevorzugt voneinander beabstandet. Alternativ können selbstverständlich auch in Umfangsrichtung mehrere Halteöffnungen beziehungsweise Fixieröffnungen – jeweils mit darin angeordnetem Verbindungselement – vorgesehen sein.
Vorzugsweise sind die Halteöffnungen und Fixieröffnungen in diesem Fall gleichmäßig über den Umfang des Grundelements beziehungsweise des Nockenelements verteilt. Insbesondere liegen jeweils zwei der Halte- beziehungsweise Fixieröffnungen einander diametral gegenüber. Analog hierzu kann es vorgesehen sein, dass in Umfangsrichtung gesehen lediglich ein Formschlussvorsprung beziehungsweise eine Formschlussausnehmung vorliegt. Auch hier können jedoch selbstverständlich mehrere Formschlussvorsprünge und Formschlussausnehmungen realisiert sein, wobei die vorstehenden Ausführungen analog herangezogen werden können.
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass das Verbindungselement eine Haltevorrichtung zur axialen Festsetzung des Nockenträgers bezüglich der Grundnockenwelle zumindest mit ausbildet, insbesondere indem die Halteöffnung eine Wandung des Grundelements in radialer Richtung vollständig durchgreift. Die Haltevorrichtung dient dem Haltend es Nockenträgers in axialer Richtung bezüglich der Grundnockenwelle. Die Axialfestsetzung muss dabei jedoch nicht permanent vorliegen. Beispielsweise kann es vorgesehen sein, dass die Haltevorrichtung eine axiale Verlagerung zwischen mindestens zwei Axialpositionen zulässt. Dabei kann die Haltevorrichtung insbesondere derart ausgebildet sein, dass zum Verlassen einer der Axialpositionen eine ausreichend große Kraft in axialer Richtung auf den Nockenträger aufgebracht werden muss. Erst bei Aufbringen dieser Kraft wird der Nockenträger aus seiner momentanen Axialposition heraus verlagert und nimmt die benachbarte Axialposition ein. Prinzipiell kann eine beliebige Anzahl derartiger Axialpositionen vorgesehen sein. Übliche Ausgestaltungen des Ventiltriebs weisen jedoch zwei oder drei Axialpositionen auf.
Die Haltevorrichtung kann insbesondere als Rastvorrichtung ausgebildet sein, wobei in einer Radialausnehmung der Grundnockenwelle ein Rastelement vorgesehen ist. Das Rastelement kann beispielsweise elastisch oder von einem Federkraftelement federkraftbeaufschlagt sein, sodass es in Richtung des Verbindungselement gedrängt wird. Das Verbindungselement weist wenigstens eine Rastausnehmung auf, in welche das Rastelement rastend eingreifen kann. Dabei ist eine der Anzahl der gewünschten Axialpositionen des Nockenträgers entsprechende Anzahl Rastausnehmungen vorgesehen, die in axialer Richtung voneinander beabstandet an dem Verbindungselement vorliegen. Somit kann der Nockenträger in axialer Richtung bezüglich der Grundnockenwelle verlagert werden, wobei bei einer solchen Verlagerung jedes Mal die Rastkraft der Rastvorrichtung überwunden werden muss. Wird keine Kraft aufgebracht beziehungsweise ist die aufgebrachte Kraft kleiner als die Rastkraft der Rastvorrichtung, so verbleibt der Nockenträger in seiner momentanen Axialposition und ist in dieser zuverlässig gehalten. Zu diesem Zweck ist es vorzugsweise vorgesehen, dass die Halteöffnung die Wandung des Grundelements in radialer Richtung vollständig durchgreift, sodass das Rastelement durch die Halteöffnung hindurch in Rastverbindung mit dem Verbindungselement treten kann.
Zusätzlich oder alternativ kann vorgesehen sein, dass mehrere Verbindungselemente in axialer Richtung beabstandet zueinander, insbesondere an derselben Umfangsposition, vorgesehen sind, wobei zwischen jeweils zwei der Verbindungselemente ein Nockenwellenlager, insbesondere eine ungeteilte Lagerschale des Nockenwellenlagers, unmittelbar auf dem Grundelement aufsitzt. Das Nockenwellenlager beziehungsweise dessen Lagerschale weist also nicht wie das Nockenelement eine Fixieröffnung auf. Vielmehr sitzen sie unmittelbar und vorzugsweise vollflächig auf dem Grundelement auf. Darunter ist zu verstehen, dass das Nockenwellenlager beziehungsweise die Lagerschale in Berührkontakt zu dem Grundelement steht. Auf diese Weise wird eine gleichmäßige Aufprägung der Lagerkräfte auf das Grundelement beziehungsweise das Nockenwellenlager erreicht.
Das Nockenwellenlager beziehungsweise die Lagerschale ist in axialer Richtung von den Verbindungselementen eingefasst oder zumindest zu einem Verbindungselement benachbart angeordnet. Dabei kann es vorgesehen sein, dass die Verbindungselemente und/oder die auf diesem angeordneten Nockenelemente mit dem Nockenwellenlager in Berührkontakt treten, sodass dieses in axialer Richtung bezüglich des Grundelements festgelegt ist. Von Vorteil ist es dabei, wenn die Verbindungselemente an derselben Umfangsposition an dem Grundelement vorgesehen sind. Die Verbindungselemente können jedoch auch verschiedene, insbesondere wechselnde, Umfangspositionen aufweisen.
Schließlich kann vorgesehen sein, dass das Nockenwellenlager von benachbarten Verbindungselementen und/oder Nockenelementen in axialer Richtung ortsfest gehalten ist. Wie bereits vorstehend ausgeführt, sind vorzugsweise beidseitig des Nockenwellenlagers Verbindungselemente vorgesehen. Diese Verbindungselemente dienen der drehfesten Anordnung von Nockenelementen auf dem Grundelement. Die Verbindungselemente beziehungsweise die Nockenelemente sollen nun derart bezüglich des Nockenwellenlagers angeordnet sein, dass sie dieses in axialer Richtung ortsfest halten, insbesondere durch Berührkontakt. Die Verbindungselemente und/oder die Nockenelemente liegen also in axialer Richtung derart an dem Nockenwellenlager an, dass dieses in axialer Richtung unverschieblich ist.
Die Erfindung betrifft weiterhin eine Brennkraftmaschine mit wenigstens einem Ventiltrieb, insbesondere gemäß den vorstehenden Ausführungen, der über wenigstens eine Grundnockenwelle verfügt, auf der drehfest und axial verschiebbar mindestens ein wenigstens einen Ventilbetätigungsnocken aufweisender Nockenträger vorgesehen ist, wobei der Nockenträger über ein rohrförmiges, die Grundnockenwelle wenigstens bereichsweise aufnehmendes Grundelement verfügt, auf dem ein Nockenelement des Nockenträgers, insbesondere der Ventilbetätigungsnocken, angeordnet ist, wobei zwischen dem Grundelement und dem Nockenelement wenigstens ein drehmomentübertragendes Verbindungselement vorliegt, das wenigstens bereichsweise in eine Halteöffnung des Grundelements eingreift und formschlüssig in dieser gehalten ist. Dabei ist vorgesehen, dass das Verbindungselement wenigstens einen Formschlussvorsprung aufweist, der in eine Formschlussausnehmung des Nockenelements zum formschlüssigen Halten des Nockenelements in axialer Richtung eingreift. Auf die Vorteile einer derartigen Ausgestaltung des Ventiltriebs beziehungsweise der Brennkraftmaschine wurde bereits hingewiesen. Sowohl die Brennkraftmaschine als auch der Ventiltrieb können gemäß den vorstehenden Ausführungen weitergebildet sein, sodass insoweit auf diese verwiesen wird.
Die Erfindung betrifft schließlich ein Verfahren zur Herstellung eines Ventiltriebs, vorzugsweise gemäß den vorstehenden Ausführungen, wobei folgende Schritte durchgeführt werden: Bereitstellen einer Grundnockenwelle sowie eines Grundelements, Herstellen wenigstens einer Halteöffnung in dem Grundelement, Aufschieben wenigstens eines Nockenelements, insbesondere eines Ventilbetätigungsnockens, auf das Grundelement, Einlegen eines drehmomentübertragenden Verbindungselements in die Halteöffnung, und Aufschieben des Grundelements auf die Grundnockenwelle, sodass die Grundnockenwelle das Verbindungselement in die Halteöffnung drängt. Die Halteöffnung wird dabei bevorzugt derart ausgebildet, dass sie eine Wandung beziehungsweise einen Mantel des Grundelements, welches im Wesentlichen rohrförmig ist, vollständig durchgreift. Der Ventiltrieb beziehungsweise das Verfahren können grundsätzlich gemäß den vorstehenden Ausführungen ausgebildet sein.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert, ohne dass eine Beschränkung der Erfindung erfolgt. Dabei zeigt:
1 einen Bereich eines Ventiltriebs einer Brennkraftmaschine, wobei ein Nockenträger gezeigt ist, welcher aus einem Grundelement besteht, auf dem zumindest ein Nockenelement des Nockenträgers angeordnet ist,
2 eine Seitenschnittansicht des Bereichs des Ventiltriebs,
3 eines Explosionsdarstellung des Nockenträgers,
4 eine Längsschnittdarstellung des Nockenträgers während einer Montage des Ventiltriebs,
5 eine weitere Explosionsdarstellung des Ventiltriebs, und
6 eine weitere Darstellung des Nockenträgers während der Montage des Ventiltriebs.
Die 1 zeigt einen Bereich eines Ventiltriebs 1 für eine hier nicht näher dargestellte Brennkraftmaschine. Der Ventiltrieb 1 weist eine nicht gezeigte Grundnockenwelle 2 und einen axial auf dieser verschiebbaren Nockenträger 3 auf. Der Nockenträger 3 verfügt über ein Grundelement 4, welches im Wesentlichen rohrförmig ist und die Grundnockenwelle 2 wenigstens bereichsweise aufnimmt. Dabei verfügt das Grundelement 4 über eine Innenverzahnung 5, welche mit einer Außenverzahnung der Grundnockenwelle 2 zusammenwirkt, um den Nockenträger 3 drehfest, jedoch axial verschiebbar, auf der Grundnockenwelle 2 zu halten. Neben dem Grundelement 4 weist der Nockenträger 3 mehrere Nockenelemente 6 auf. Dabei ist eines der Nockenelemente 6 als Schaltkulisse 7 und weitere der Nockenelemente 6 als Ventilbetätigungsnocken 8 ausgebildet. Die endseitig des Nockenträgers 3 vorliegenden Nockenelemente 6 können gleichzeitig als Arretierelemente 9 vorliegen. Beispielsweise liegt die Schaltkulisse 7 mittig zwischen jeweils mehreren Ventilbetätigungsnocken 8 vor. In dem hier dargestellten Beispiel sind auf beiden Seiten der Schaltkulisse 7 jeweils drei Ventilbetätigungsnocken 8 angeordnet. Selbstverständlich kann jedoch eine beliebige Anzahl Ventilbetätigungsnocken 8 vorliegen, beispielsweise beidseitig in der Schaltkulisse 7 jeweils zwei Ventilbetätigungsnocken 8.
Die Schaltkulisse 7 ist Bestandteil einer hier nicht näher dargestellten Stelleinrichtung, mit deren Hilfe der Nockenträger 3 auf der Grundnockenwelle 2 in axialer Richtung verlagerbar ist. Zu diesem Zweck weist die Schaltkulisse 7 wenigstens eine Nut 10 auf, welche wenigstens bereichsweise schraubenförmig ausgebildet ist und mit welcher ein Aktuator mit der Stelleinrichtung zusammenwirken kann. Der Aktuator verfügt zu diesem Zweck beispielsweise über einen ausfahrbaren Mitnehmer, der sich mit der Nut 10 der Schaltkulisse 7 in Eingriff bringen lässt. Durch dieses Ineingriffbringen wird in Abhängigkeit von einer momentan vorliegenden Axialposition des Nockenträgers 3 bezüglich der Grundnockenwelle 2 eine Verlagerung des Nockenträgers 3 in die eine oder die andere Richtung in axialer Richtung bewirkt.
Die Ventilbetätigungsnocken 8 dienen der Betätigung von nicht dargestellten Gaswechselventilen. Zu diesem Zweck wirken sie beispielsweise mit einem Rollenschlepphebel des jeweiligen Gaswechselventils durch Anlagekontakt zusammen. Es ist erkennbar, dass die hier dargestellten Ventilbetätigungsnocken 8 exzentrisch sind, wobei die Exzentrizitäten an unterschiedlichen Winkelpositionen vorliegen beziehungsweise unterschiedliche Erstreckungen in radialer Richtung und/oder Umfangsrichtung aufweisen. Je nachdem, mit welchem Ventilbetätigungsnocken 8 das Gaswechselventil betätigt wird, stellt sich somit ein entsprechender Hub, Öffnungszeitpunkt und/oder Öffnungsdauer des Gaswechselventils ein. Durch axiale Verlagerung des Nockenträgers 3 kann das Gaswechselventil von unterschiedlichen Ventilbetätigungsnocken 8 betätigbar sein. Beispielsweise wird der Nockenträger 3 in Abhängigkeit von einem Betriebszustand der Brennkraftmaschine verlagert, sodass stets derjenige Ventilbetätigungsnocken 8 mit dem Gaswechselventil zu dessen Betätigung zusammenwirkt, mit welchem beispielsweise ein optimaler Wirkungsgrad beziehungsweise eine optimale Leistung der Brennkraftmaschine erzielbar ist.
Die endseitig des Nockenträgers 3 vorgesehenen Arretierelemente 9 sind derart an dem Nockenträger 3 befestigt, dass sie in axialer Richtung an diesem gehalten sind. Beispielsweise sind die weiteren Nockenelemente 6 lediglich auf das Grundelement 4 aufgesteckt. Alternativ können sie selbstverständlich wenigstens teilweise ebenfalls an dem Nockenträger 3 befestigt sein. Sie werden insoweit mittels der Arretierelemente 9 in axialer Richtung auf dem Nockenträger 3 gehalten.
Um die Nockenelemente 6 auch in Umfangsrichtung bezüglich des Grundelements 4 beziehungsweise der Grundnockenwelle 2 zu halten, also drehfest mit diesem zu verbinden, ist zwischen dem Grundelement 4 und den Nockenelementen 6 mindestens ein Verbindungselement 11 (hier nicht dargestellt) angeordnet. Dieses ist drehmomentübertragend ausgebildet, ist also sowohl drehfest mit dem Grundelement 4 als auch mit den Nockenelementen 6 verbunden.
Die 2 zeigt eine Seitenschnittansicht eines Bereichs des Ventiltriebs 1. Hier ist nun das Verbindungselement 11 deutlich zu erkennen, welches in einer Halteöffnung 12 des Grundelements 4 angeordnet ist. Die Halteöffnung 12 durchgreift dabei einen Mantel 13 des Grundelements 4 in radialer Richtung bezüglich einer Längsmittelachse 14 des Nockenträgers 3 beziehungsweise der Grundnockenwelle 2 vollständig. Die Halteöffnung 12 ist derart auf das Verbindungselement 11 formangepasst, dass dieses sowohl in Umfangsrichtung als auch in axialer Richtung formschlüssig in der Halteöffnung 12 gehalten ist. Die Halteöffnung 12 umgibt also wenigstens einen Bereich des Verbindungselements 11 derart, dass dieses in Umfangsrichtung und in axialer Richtung festgesetzt ist. Auf der der Halteöffnung 12 gegenüberliegenden Seite des Verbindungselements 11 sind Fixieröffnungen 15 der Nockenelemente 6 vorgesehen. Das Verbindungselement 11 greift auch in diese ein. Das Verbindungselement 11 erstreckt sich somit in radialer Richtung ausgehend von der Halteöffnung 12 bis in die Fixieröffnungen 15.
Die Fixieröffnungen 15 durchgreifen die Nockenelemente 6 beispielsweise in axialer Richtung vollständig. das Verbindungselement 11 sorgt somit lediglich für ein Festsetzen der Nockenelemente 6 bezüglich des Grundelements 4 in Umfangsrichtung. Somit ist das Verbindungselement 11 zur Drehmomentübertragung zwischen dem Grundelement 4 und den Nockenelementen 6 ausgebildet.
Zusätzlich weist das Verbindungselement 11 wenigstens einen Formschlussvorsprung 16 beziehungsweise mehrere Formschlussvorsprünge 16 auf. Diese greifen in wenigstens eine Formschlussausnehmung 17 der Nockenelemente 6 ein. Beispielsweise ist jedem Formschlussvorsprung 16 eine Formschlussausnehmung 17 zugeordnet. Die Formschlussausnehmung 17 ist beispielsweise in Umfangsrichtung und/oder in axialer Richtung an den Formschlussvorsprung 16 abmessungsangepasst. Bei einem Einbringen des Formschlussvorsprungs 16 füllt dieser mithin die Formschlussausnehmung 17 in Umfangsrichtung und/oder in axialer Richtung vollständig aus. Insbesondere ist er klemmend in der Formschlussausnehmung 17 gehalten. Es wird hier nun deutlich, dass die Formschlussausnehmung 17 in die Fixieröffnung 15 des jeweiligen Nockenelements 6 einmündet.
Das Verbindungselement 11 bildet eine Haltevorrichtung 18 zur Axialfestsetzung des Nockenträgers 3 bezüglich der Grundnockenwelle 2 mit aus. Die Haltevorrichtung 18 ist in dem hier vorliegenden Fall als Rastvorrichtung ausgebildet, wobei in einer Radialausnehmung der Grundnockenwelle ein Rastelement – welches beispielsweise kugelförmig ist – vorgesehen ist. Das Rastelement wird von einem Federelement in Richtung des Verbindungselements 11 gedrängt. Das Verbindungselement 11 weist in der hier dargestellten Ausführungsform drei Rastausnehmungen 19 auf, in welche das Rastelement rastend eingreifen kann. Der hier dargestellte Ventiltrieb 1 ist dreifach verstellbar, der Nockenträger 3 ist demnach in drei verschiedene Axialpositionen bezüglich der Grundnockenwelle 2 bringbar. Auf diese Weise kann der Nockenträger 3 in axialer Richtung bezüglich der Grundnockenwelle 2 verlagert werden, wobei bei jeder Verlagerung die Rastkraft der Haltevorrichtung 18 überwunden werden muss.
Die 3 zeigt eine Explosionsdarstellung des Ventiltriebs 1 im Längsschnitt. Zumindest angedeutet ist hier nun auch die Grundnockenwelle 2, auf welche der Nockenträger 3 angeordnet wird. Es wird nun deutlich, dass zwei Halteöffnungen 12 für hier nicht dargestellte Verbindungselemente 11 vorgesehen sind. Die Verbindungselemente 11 sind dabei derart ausgebildet, dass sie jeweils mit einem ihrer Formschlussvorsprünge 16 in eine der Formschlussausnehmungen 17 der Schaltkulisse 7 eingreifen. Insoweit ist die Schaltkulisse 17 mittels beiden Verbindungselementen 11 fixiert.
Die 4 zeigt eine Querschnittsdarstellung eines Bereichs des Ventiltriebs 1 während seiner Montage. Es ist erkennbar, dass zunächst die Nockenelemente 6, insbesondere alle Nockenelemente 6, auf den Nockenträger 3 beziehungsweise das Grundelement 4 des Nockenträgers 3 aufgebracht, insbesondere aufgeschoben werden. Nachfolgend werden die Verbindungselemente 11 in radialer Richtung von innen in die Halteöffnungen 12 derart eingebracht, dass die Formschlussvorsprünge 16 der Verbindungselemente 11 in die korrespondierenden Formschlussausnehmungen 17 eingreifen.
Die 5 zeigt eine Explosionsdarstellung eines Bereichs des Ventiltriebs 1 während seiner Montage. Grundsätzlich wird auf die vorstehenden Ausführungen verwiesen. Hier wird nun deutlich, dass die Halteöffnungen 12 in Umfangsrichtung begrenzt sind, also die Verbindungselemente 11 in Umfangsrichtung festsetzen können. Zudem ist erkennbar, dass neben den Verbindungselementen 11 keine weiteren drehmomentübertragenden Elemente zwischen den Nockenelementen 6 und dem Grundelement 4 vorgesehen sind.
Die 6 zeigt einen Bereich des Ventiltriebs 1 während seiner Montage. In diesem Zustand sind die Nockenelemente 6 bereits auf das Grundelement 4 aufgeschoben. Es ist erkennbar, dass die Verbindungselemente 11 bereitgestellt sind, um in radialer Richtung von innen in die Halteöffnungen 12 eingebracht zu werden. Die Verbindungselemente 11 sind dabei derart ausgebildet, dass nach einem nachfolgenden Einsetzen der Grundnockenwelle 2 in den Nockenträger 3 sie in der jeweiligen Halteöffnung 12 gehalten sind.
Bezugszeichenliste

1: Ventiltrieb
2: Grundnockenwelle
3: Nockenträger
4: Grundelement
5: Innenverzahnung
6: Nockenelement
7: Schaltkulisse
8: Ventilbetätigungsnocken
9: Arretierelement
10: Nut
11: Verbindungselement
12: Halteöffnung
13: Mantel
14: Längsmittelachse
15: Fixieröffnung
16: Formschlussvorsprung
17: Formschlussausnehmung
18: Haltevorrichtung
19: Rastausnehmung

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102009022657 A1 [0007]
DE 102011109256 A1 [0008]

Claims

Ventiltrieb (1) für eine Brennkraftmaschine, mit wenigstens einer Grundnockenwelle (2), auf der drehfest und axial verschiebbar mindestens ein wenigstens einen Ventilbetätigungsnocken (8) aufweisender Nockenträger (3) vorgesehen ist, wobei der Nockenträger (3) über ein rohrförmiges, die Grundnockenwelle (2) wenigstens bereichsweise aufnehmendes Grundelement (4) verfügt, auf dem ein Nockenelement (6) des Nockenträgers (3), insbesondere der Ventilbetätigungsnocken (8) angeordnet ist, wobei zwischen dem Grundelement (4) und dem Nockenelement (6) wenigstens ein drehmomentübertragendes Verbindungselement (11) vorliegt, das wenigstens bereichsweise in eine Halteöffnung (12) des Grundelements (4) eingreift und formschlüssig in dieser gehalten ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Verbindungselement (11) wenigstens einen Formschlussvorsprung (16) aufweist, der in eine Formschlussausnehmung (17) des Nockenelements (6) zum formschlüssigen Halten des Nockenelements (6) in axialer Richtung eingreift.
Ventiltrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Verbindungselement (11) an der Grundnockenwelle (2) anliegt und von dieser in der Halteöffnung (12) gehalten ist.
Ventiltrieb nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Verbindungselement (11) eine Innenverzahnung aufweist, die in eine Außenverzahnung der Grundnockenwelle (2) eingreift.
Ventiltrieb nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Verbindungselement (11) wenigstens bereichsweise in eine Fixieröffnung des Nockenelements (6) eingreift und in dieser in Umfangsrichtung ortsfest gelagert ist.
Ventiltrieb nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Formschlussausnehmung (17) in die Fixieröffnung (15) einmündet.
Ventiltrieb nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Nockenelemente (6) vorgesehen sind, wobei zumindest eines der Nockenelemente (6) durch Berührkontakt mit benachbarten Nockenelementen (6) in axialer Richtung festgesetzt ist.
Ventiltrieb nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass jeweils außenliegende Nockenelemente (6) mehrerer benachbarten Nockenelemente (6) die Formschlussausnehmung (17) mit darin angeordnetem Formschlussvorsprung (16) aufweisen.
Ventiltrieb nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Verbindungselement (11) eine Haltevorrichtung (18) zur Axialfestsetzung des Nockenträgers (3) bezüglich der Grundnockenwelle (2) zumindest mitausbildet, insbesondere indem die Halteöffnung (12) eine Wandung des Grundelements (4) in radialer Richtung vollständig durchgreift.
Brennkraftmaschine mit wenigstens einem Ventiltrieb (1), insbesondere nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, der über wenigstens eine Grundnockenwelle (2) verfügt, auf der drehfest und axial verschiebbar mindestens ein wenigstens einen Ventilbetätigungsnocken (8) aufweisender Nockenträger (3) vorgesehen ist, wobei der Nockenträger (3) über ein rohrförmiges, die Grundnockenwelle (2) wenigstens bereichsweise aufnehmendes Grundelement (4) verfügt, auf dem ein Nockenelement (6) des Nockenträgers (3), insbesondere der Ventilbetätigungsnocken (8) angeordnet ist, wobei zwischen dem Grundelement (4) und dem Nockenelement (6) wenigstens ein drehmomentübertragendes Verbindungselement (11) vorliegt, das wenigstens bereichsweise in eine Halteöffnung (12) des Grundelements (4) eingreift und formschlüssig in dieser gehalten ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Verbindungselement (11) wenigstens einen Formschlussvorsprung (16) aufweist, der in eine Formschlussausnehmung (17) des Nockenelements (6) zum formschlüssigen Halten des Nockenelements (6) in axialer Richtung eingreift.
Verfahren zum Herstellen eines Ventiltriebs (1) nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 8, mit den folgenden Schritten: – Bereitstellen einer Grundnockenwelle (2) sowie eines Grundelements (4), – Herstellen wenigstens einer Halteöffnung (12) in dem Grundelement (4), – Aufschieben wenigstens eines Nockenelements (6), insbesondere eines Ventilbetätigungsnockens (8) auf das Grundelement (4), – Einlegen eines drehmomentübertragenden Verbindungselements (11) in die Halteöffnung (12), und – Aufschieben des Grundelements (4) auf die Grundnockenwelle (2), sodass die Grundnockenwelle (2) das Verbindungselement (11) in die Halteöffnung (12) drängt.