DE102014116479A1

DE102014116479A1 - Anordnung einer Schaltnockenwelle und einer antreibbaren Aufnahme für diese

Info

Publication number: DE102014116479A1
Application number: DE102014116479.2A
Authority: DE
Inventors: Artur Schützle; Michael Wahl; Thomas Schaal; Dirk Becker; Matthias Penzel
Original assignee: Dr Ing HCF Porsche AG
Current assignee: Dr Ing HCF Porsche AG
Priority date: 2014-11-12
Filing date: 2014-11-12
Publication date: 2016-05-12
Anticipated expiration: 2034-11-13
Also published as: CN105587355B; DE102014116479B4; CN105587355A

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Anordnung (1) einer einteiligen Schaltnockenwelle (2) und einer antreibbaren Aufnahme (3) für die Schaltnockenwelle (2) bei einer Brennkraftmaschine, wobei die Schaltnockenwelle (2) axial verschieblich gelagert ist und eine Schaltkulisse (4) zum axialen Verschieben der Schaltnockenwelle (2) aufweist, sowie die Schaltnockenwelle (2) im Bereich eines Endes in der axial festgelegten Aufnahme (3) axial verschieblich gelagert ist. Bei einer derartigen Anordnung ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass ein Rastmechanismus (5) zum Rastieren der Schaltnockenwelle (2) in unterschiedlichen Verschiebestellungen vorgesehen ist, wobei der Rastmechanismus (5) zwischen der Schaltnockenwelle (2) und der Aufnahme (3) wirksam ist. Eine derartige Anordnung gewährleistet mit einfachen baulichen Mitteln, insbesondere einer geringen Bauteilvielfalt, eine axiale Festlegung der Schaltnockenwelle (2) in deren Schaltstellungen.

Description

Die Erfindung betrifft eine Anordnung einer einteiligen Schaltnockenwelle und einer antreibbaren Aufnahme für die Schaltnockenwelle bei einer Brennkraftmaschine, wobei die Schaltnockenwelle axial verschieblich gelagert ist und eine Schaltkulisse zum axialen Verschieben der Schaltnockenwelle aufweist, sowie die Schaltnockenwelle im Bereich eines Endes in der axial festgelegten Aufnahme axial verschieblich gelagert ist.
Um die Ventilerhebungskurve während des Betriebs der Brennkraftmaschine variieren und damit die optimalen Öffnungs- und Schließzeiten dem jeweiligen Betriebszustand der Brennkraftmaschine anpassen zu können, ist es wünschenswert, zwischen mehreren Nockenformen pro Ventil während des Betriebs umzuschalten. Dies kann zweckmäßigerweise durch eine axial verschiebbare Schaltnockenwelle mit verschiedenen Nocken pro Ventil erfolgen.
Eine Anordnung der eingangs genannten Art ist aus der EP 0 579 592 A1 bekannt. Dort ist die axial festgelegte Aufnahme als drehbar gelagertes Gleitelement ausgebildet, in dem die Schaltnockenwelle axial verschieblich aufgenommen ist, wobei an das Gleitelement ein Antriebsrad zum Antreiben des Gleitelements und damit der Schaltnockenwelle angeflanscht ist.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, die Anordnung der eingangs genannten Art so weiterzubilden, dass mit einfachen baulichen Mitteln, insbesondere einer geringen Bauteilvielfalt, eine axiale Festlegung der Schaltnockenwelle in deren Schaltstellungen gewährleistet ist.
Gelöst wird die Aufgabe durch eine Anordnung, die gemäß den Merkmalen des Patentanspruchs 1 ausgebildet ist.
Die erfindungsgemäße Anordnung weist einen Rastmechanismus zum Rastieren der Schaltnockenwelle in unterschiedlichen Verschiebestellungen auf. Hierbei ist der Rastmechanismus zwischen der Schaltnockenwelle und der Aufnahme wirksam.
Im Betrieb der Brennkraftmaschine rotiert somit die Schaltnockenwelle mit derselben Drehzahl wie die Aufnahme. Beim Schalten der Schaltnockenwelle in deren unterschiedlichen Schaltpositionen ist somit nur eine axiale Verschiebung der Schaltnockenwelle zur axial unverschieblichen Aufnahme zu verzeichnen. Dies erlaubt es, mit besonders einfachen baulichen Mitteln, insbesondere einer geringen Bauteilvielfalt, die Schaltnockenwelle in deren Schaltstellungen bezüglich der Aufnahme axial festzulegen.
Es wird als besonders vorteilhaft angesehen, wenn die Schaltnockenwelle formschlüssig in der Aufnahme gelagert ist. Insbesondere ist die Schaltnockenwelle mit einer Außenverzahnung versehen, die mit einer komplementären Verzahnung der Aufnahme im Bereich einer Ausnehmung der Aufnahme zusammenwirkt. Die Drehmomentmitnahme zwischen Aufnahme und Schaltnockenwelle erfolgt somit in Form einer Verzahnung, demnach mittels Formschluss.
Baulich besonders einfach ist der Rastmechanismus gestaltet, wenn dieser eine Rastkugel und Rastvertiefungen aufweist. Hierbei ist die Rastkugel mittels einer Feder in Richtung der jeweiligen Rastvertiefung vorgespannt. Unter dem Aspekt der bei der Rotation von Schaltnockenwelle und Aufnahme auf den Rastmechanismus wirkenden radialen Kräfte wird es als besonders vorteilhaft angesehen, wenn der Rastmechanismus derart gestaltet ist, dass die Schaltnockenwelle ein Sackloch zur Aufnahme der Feder und der Rastkugel aufweist, sowie die Schaltnockenwelle radial innen die Rastvertiefungen, insbesondere zwei Rastvertiefungen aufweist. Wirkt die federbelastete Kugel mit der jeweiligen Rastvertiefung zusammen, ist die Schaltnockenwelle in der dieser Rastvertiefung zugeordneten Relativposition von Schaltnockenwelle und Aufnahme axial festgelegt. Wird die Schaltnockenwelle über die Schaltkulisse axial verstellt, gelangt die Rastkugel aus der Rastvertiefung, wobei die Feder stärker komprimiert wird und es gelangt in der neuen Schaltposition der Schaltnockenwelle die Rastkugel in Anlage mit der dieser Schaltposition zugeordneten Rastvertiefung.
Baulich besonders einfach ist die Anordnung von Schaltnockenwelle und antreibbarer Aufnahme in deren Verbindungsbereich gestaltet, wenn die Aufnahme einen Zahnkranz und einen koaxial zu diesem angeordneten Rohrabschnitt aufweist, wobei die Aufnahme über den Zahnkranz extern antreibbar ist, der Zahnkranz radial innen in der Schaltnockenwelle axial verschieblich gelagert ist, sowie der Rohrabschnitt radial innen die Rastvertiefungen aufweist.
Die axiale Verschiebung der Schaltnockenwelle zum Erreichen deren unterschiedlichen Schaltstellungen erfolgt insbesondere, indem die Schaltkulisse zwei Kulissenbahnen aufweist und zum Schalten der Schaltnockenwelle zwei axial verschiebliche, in Eingriff mit der jeweiligen Kulissenbahn bringbare Schaltstifte vorgesehen sind.
Die Erfindung einschließlich deren Weiterbildungen schlägt somit eine Anordnung einer Schaltnockenwelle und einer antreibbaren Aufnahme für die Schaltnockenwelle vor, wobei diese Schaltnockenwelle baulich besonders einfach gestaltet ist, indem sie einteilig ausgeführt ist. Die Drehmomentmitnahme erfolgt insbesondere über Formschluss auf der Schaltnockenwelle, wobei grundsätzlich auch eine kraftschlüssige Drehmomentmitnahme möglich ist. Die Verstellung der Schaltnockenwelle erfolgt insbesondere über zwei Schaltstifte. Die Nockenpaare, die mit den Ventilen der Brennkraftmaschine zusammenwirken, haben mindestens zwei verschiedene Nockenprofile für das jeweilige Ventil. Die Schaltnockenwelle wird durch den Rastmechanismus, insbesondere bestehend aus Rastkugel, Feder und Rastvertiefung, in Position gehalten. Die Schaltnockenwelle und die Aufnahme rotieren mit derselben Drehzahl.
Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, der beigefügten Zeichnung und der Beschreibung des in der Zeichnung wiedergegebenen Ausführungsbeispiels, ohne hierauf beschränkt zu sein. Es zeigt:
1 einen Längsschnitt durch die erfindungsgemäße Anordnung von Schaltnockenwelle und antreibbarer Aufnahme, geschnitten durch die Drehachse von Schaltnockenwelle und Aufnahme, mit zusätzlich veranschaulichten Lagern und Schaltstiften,
2 eine räumliche Ansicht von Schaltnockenwelle und Aufnahme,
3 eine Detailansicht von Schaltnockenwelle und Aufnahme für den Bereich der Lagerung der Schaltnockenwelle in der antreibbaren Aufnahme für diese.
Veranschaulicht ist eine Anordnung 1 einer einteiligen Schaltnockenwelle 2 und einer antreibbaren Aufnahme für die Schaltnockenwelle 2. Diese Anordnung findet Verwendung bei einer Brennkraftmaschine, vorzugsweise einer solchen mit zwei Zylindern, insbesondere bei einem Motorrad.
Die Schaltnockenwelle 2 ist axial verschieblich gelagert und weist eine Schaltkulisse 4 zum axialen Verschieben der Schaltnockenwelle 2 auf. Im Bereich eines Endes ist die Schaltnockenwelle 2 in der axial festgelegten Aufnahme 3 axial verschieblich gelagert. Es ist ein Rastmechanismus 5 vorgesehen, zum Rastieren der Schaltnockenwelle 2 in unterschiedlichen Verschiebestellungen, konkret in zwei unterschiedlichen Verschiebestellungen. Hierbei ist der Rastmechanismus 5 zwischen der Schaltnockenwelle 2 und der Aufnahme 3 wirksam.
Die Schaltnockenwelle 2 ist radial außen in Lagern 6 axial verschieblich gelagert. Hierbei ist dem einen Ende der einteiligen Schaltnockenwelle 2 der Rastmechanismus 5 zugeordnet und dem anderen Ende der Schaltnockenwelle 2 die Schaltkulisse 4 zugeordnet. Bis auf das Ende der Schaltnockenwelle 2, dem der Rastmechanismus 5 zugeordnet ist, ist die Schaltnockenwelle 2 als Hohlwelle ausgebildet. Die Schaltnockenwelle 2 weist zwei Nockenpaare 7 auf. Die Nocken des jeweiligen Nockenpaares 7 sind mit den Bezugsziffern 8 und 9 bezeichnet. Veranschaulicht sind ferner Ventile 10, die dem jeweiligen Nockenpaar 7 zugeordnet sind, und zwar in einer Stellung, in der das jeweilige Ventil 10 mit dem Nocken 9 zusammenwirkt. Axial verstellt wird die Schaltnockenwelle 2 mittels zweier Schaltstifte 11, 12. Dem Schaltstift 11 ist eine Kulissenbahn 13 der Kulisse 4 und dem Schaltstift 12 eine Kulissenbahn 14 der Kulisse 4 zugeordnet. Fährt der Schaltstift 11 in die Kulissenbahn 13 ein, führt die Drehbewegung der Schaltnockenwelle 2 relativ zum feststehenden Schaltstift 11 aufgrund der eine Axialkomponente aufweisenden Kulissenbahn 13 zu einer Verschiebung der Schaltnockenwelle 2 in einer Axialrichtung. Ist der Schaltstift 11 wieder aus dieser Kulissenbahn 13 herausgefahren und wird der andere Schaltstift 12 in die Kulissenbahn 14 eingefahren, bedingt dies aufgrund der gleichfalls eine axiale Komponente aufweisenden Kulissenbahn 14, dass die Schaltnockenwelle 2 in deren Ausgangsstellung zurückgeschoben wird. Die beiden Endstellungen der Schaltnockenwelle 2 stellen die Eingriffsstellungen des Nockenpaares 4 entweder im Bereich des Nockens 8 oder im Bereich des Nockens 9 mit dem zugeordneten Ventil 10 dar.
Die Aufnahme 3 ist drehbar in einem Lager 15 gelagert und in diesem axial festgelegt. Die Aufnahme 3 weist einen Zahnkranz 16 mit Außenverzahnung 24 und ein koaxial zum Zahnkranz 16 angeordneten Rohrabschnitt 17 auf. Hierbei ist die Aufnahme 3 über die Außenverzahnung 24 des Zahnkranzes 16 antreibbar. Der Zahnkranz 16 ist radial innen in der Schaltnockenwelle 2 axial verschieblich gelagert. Hierbei ist der Zahnkranz 16 auch radial innen mit einer Innenverzahnung 18 versehen und es ist die Schaltnockenwelle 2 im Bereich des Zahnkranzes 16 mit einer Außenverzahnung 19 versehen. Infolgedessen erfolgt bei einem externen Antrieb des Zahnkranzes eine Drehmomentmitnahme zwischen Aufnahme 3 und Schaltnockenwelle 2 mittels der zusammenwirkenden Verzahnungen 18, 19.
Radial außen ist der Rohrabschnitt 17 der Aufnahme 3 in dem Lager 15 gelagert.
Der Rastmechanismus 5 weist eine Rastkugel 20 und Rastvertiefungen 21 auf, wobei die Rastkugel 20 mittels einer Feder 22 in Richtung der jeweiligen Rastvertiefung 21 vorgespannt ist. Bei der Feder 22 handelt es sich um eine Schraubendruckfeder. Die Schaltnockenwelle 2 weist ein Sackloch 23 zur Aufnahme der Feder 22 und der Rastkugel 20 auf. Radial innen ist die Schaltnockenwelle 2 mit zwei Rastnuten 21 versehen.
Im Betrieb der Brennkraftmaschine rotieren die Aufnahme 3 und die Schaltnockenwelle 2 mit derselben Drehzahl. Wird der eine bzw. der andere Schaltstift 11 bzw. 12 aktiviert, das heißt in die zugeordnete Kulissenbahn 13 bzw. 14 eingefahren, führt dies zu einer axialen Verschiebung der Schaltnockenwelle 2 in der einen axialen Richtung bzw. entgegengesetzt zu dieser axialen Richtung, mit der Konsequenz, dass in der jeweiligen axialen Endstellung der Schaltnockenwelle 2 über den Rastmechanismus 5 eine Rastierung von Schaltnockenwelle 2 und Aufnahme 3 erfolgt, somit eine axiale Festlegung der Schaltnockenwelle 2 bezüglich der Aufnahme 3. In der jeweiligen Raststellung ist die Rastkugel 20 in die eine Rastvertiefung 21 oder die andere Rastvertiefung 21 mittels der Feder 22 gedrückt, wie es zu den 1 und 3 für die dem Zahnkranz 16 zugewandte Rastvertiefung 21 veranschaulicht ist. In dieser axialen Verschiebestellung der Schaltnockenwelle 2 wirken die Nocken 9 der Nockenpaare 7 mit den zugeordneten Ventilen 10 zusammen. In der anderen Schaltstellung der Schaltnockenwelle 2, in der die Rastkugel 20 mit der anderen Rastvertiefung 21 rastiert, wirken die Nocken 8 der Nockenpaare 7 mit den Ventilen 10 zusammen.
Bezugszeichenliste

1: Anordnung
2: Schaltnockenwelle
3: Aufnahme
4: Schaltkulisse
5: Rastmechanismus
6: Lager
7: Nockenpaar
8: Nocken
9: Nocken
10: Ventil
11: Schaltstift
12: Schaltstift
13: Kulissenbahn
14: Kulissenbahn
15: Lager
16: Zahnkranz
17: Rohrabschnitt
18: Innenverzahnung
19: Außenverzahnung
20: Rastkugel
21: Rastvertiefung
22: Feder
23: Sackloch
24: Außenverzahnung

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

EP 0579592 A1 [0003]

Claims

Anordnung (1) einer einteiligen Schaltnockenwelle (2) und einer antreibbaren Aufnahme (3) für die Schaltnockenwelle (2) bei einer Brennkraftmaschine, wobei die Schaltnockenwelle (2) axial verschieblich gelagert ist und eine Schaltkulisse (4) zum axialen Verschieben der Schaltnockenwelle (2) aufweist, sowie die Schaltnockenwelle (2) im Bereich eines Endes in der axial festgelegten Aufnahme (3) axial verschieblich gelagert ist, dadurch gekennzeichnet, dass ein Rastmechanismus (5) zum Rastieren der Schaltnockenwelle (2) in unterschiedlichen Verschiebestellungen vorgesehen ist, wobei der Rastmechanismus (5) zwischen der Schaltnockenwelle (2) und der Aufnahme (3) wirksam ist.
Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltnockenwelle (2) formschlüssig in der Aufnahme (3) gelagert ist.
Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltnockenwelle (2) mit einer Außenverzahnung (19) versehen ist, die mit einer komplementären Verzahnung (18) der Aufnahme (3) im Bereich einer Ausnehmung der Aufnahme (3) zusammenwirkt.
Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Rastmechanismus (5) eine Rastkugel (20) und Rastvertiefungen (21) aufweist, wobei die Rastkugel (20) mittels einer Feder (22) in Richtung der jeweiligen Rastvertiefung (21) vorgespannt ist.
Anordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltnockenwelle (2) ein Sackloch (23) zur Aufnahme der Feder (22) und der Rastkugel (20) aufweist sowie die Aufnahme (3) radial innen mindestens zwei Rastvertiefungen (21) aufweist.
Anordnung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Aufnahme (3) einen Zahnkranz (16) und einen koaxial zu diesem angeordneten Rohrabschnitt (17) aufweist, wobei die Aufnahme (3) über den Zahnkranz (16) extern antreibbar ist, der Zahnkranz (16) radial innen in der Schaltnockenwelle (2) axial verschieblich gelagert ist, sowie der Rohrabschnitt (17) radial innen die Rastvertiefungen (21) aufweist.
Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltkulisse (4) zwei Kulissenbahnen (13, 14) aufweist und zum Schalten der Schaltnockenwelle (2) zwei axial verschiebliche, in Eingriff mit der jeweiligen Kulissenbahn (13 bzw. 14) bringbare Schaltstifte (11 bzw. 12) vorgesehen sind.