DE102014116480B4

DE102014116480B4 - Lagerung einer Schaltnockenwelle

Info

Publication number: DE102014116480B4
Application number: DE102014116480.6A
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: 2022-01-05
Anticipated expiration: 2034-11-13
Also published as: DE102014116480A1; CN105587354A; CN105587354B

Abstract

Lagerung einer antreibbaren Schaltnockenwelle (1) in stationären Lageraufnahmen (2, 3) für die Schaltnockenwelle (1) bei einer Brennkraftmaschine, wobei die Schaltnockenwelle (1) einteilig ausgebildet und axial verschieblich in den Lageraufnahmen (2, 3) gelagert ist, sowie die Schaltnockenwelle (1) eine Schaltkulisse (4) zum axialen Verschieben der Schaltnockenwelle (1) aufweist, wobei ein Rastmechanismus (5) zum Rastieren der Schaltnockenwelle (1) in unterschiedlichen Verschiebestellungen vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Rastmechanismus (5) innerhalb einer Lageraufnahme (2) der Lageraufnahmen (2, 3) angeordnet ist, wobei der Rastmechanismus (5) über ein Wälzlager (6) innerhalb der einen Lageraufnahme (2) gelagert ist, wobei der Rastmechanismus (5) lageraufnahmeseitig eine Arretierhülse (7) mit mehreren in Axialrichtung der Schaltnockenwelle (1) hintereinander angeordneten Rastvertiefungen (8) aufweist, sowie der Rastmechanismus (5) schaltnockenwellenseitig ein sich senkrecht zur Achsrichtung der Schaltnockenwelle (1) erstreckendes Sackloch (9) in der Schaltnockenwelle (1) zur Aufnahme einer Kugel (10) und einer auf diese einwirkende Feder (11) aufweist, zwecks Vorspannung der Kugel (10) gegen die Arretierhülse (7) im Bereich der Rastvertiefungen (8), wobei die Arretierhülse (7) axial festgelegt in dem Wälzlager (6) gelagert ist.

Description

Die Erfindung betrifft die Lagerung einer antreibbaren Schaltnockenwelle in stationären Lageraufnahmen für die Schaltnockenwelle bei einer Brennkraftmaschine, wobei die Schaltnockenwelle einteilig ausgebildet und axial verschieblich in den Lageraufnahmen gelagert ist, sowie die Schaltnockenwelle eine Schaltkulisse zum axialen Verschieben der Schaltnockenwelle aufweist, wobei ein Rastmechanismus zum Rastieren der Schaltnockenwelle in unterschiedlichen Verschiebestellungen vorgesehen ist.
Um die Ventilerhebungskurve während des Betriebs einer 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 Lagerung einer antreibbaren Schaltnockenwelle ist aus der EP 0 579 592 A1 bekannt. Bei dieser erfolgt der Antrieb der Schaltnockenwelle über ein in einem Zylinderkopf der Brennkraftmaschine drehbar gelagertes Gleitelement, in dem die Schaltnockenwelle längsverschiebbar aufgenommen wird und an welche ein Antriebsrad zum Antreiben der Schaltnockenwelle angeflanscht werden kann. Eine gattungsgemäße Lagerung einer antreibbaren Schaltnockenwelle ist aus der US 5 129 407 A bekannt. Hierbei ist der Rastmechanismus jedoch innerhalb eines Antriebsrades für die Schaltnockenwelle angeordnet.
Aus der DE 10 2007 027 979 A1 ist eine Schaltnockenwelle für eine Brennkraftmaschine bekannt, mit einer antreibbaren Grundwelle und einem in der Grundwelle gelagerten Nockenstück, wobei die Grundwelle einen Durchgang des Nockenstücks durchsetzt und das Nockenstück in der Grundwelle drehfest und axial verschieblich gelagert ist. Um das Nockenstück in Bezug zur Drehachse der Schaltnockenwelle zu zentrieren und während der Verschiebung des Nockenstücks in Bezug zur Drehachse zentriert zu halten, ist das Nockenstück mittels eines Radiallagers drehbar in einem Zylinderkopfgehäuse gelagert. Das Radiallager ist als Gleitlager ausgebildet. In einem radial äußeren Bereich des Radiallagers ist diesem ein Rastmechanismus zum Rastieren der Schaltnockenwelle in unterschiedlichen Verschiebestellungen zugeordnet. Der Rastmechanismus weist, der Schaltnockenwelle zugeordnet, eine Rastleiste auf sowie, einem stationären Bauteil zugeordnet, eine Rastkugel und eine Feder zum Vorspannen der Rastkugel gegen die Rastleiste auf. Hierdurch lässt sich die Schaltnockenwelle in den unterschiedlichen Schaltstellungen axial festlegen.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Lagerung 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 diese Aufgabe durch eine Lagerung, die gemäß den Merkmalen des Patentanspruchs 1 ausgebildet ist.
Bei der erfindungsgemäßen Lagerung ist der Rastmechanismus innerhalb einer der Lageraufnahmen angeordnet. Eine der Lageraufnahmen der Schaltnockenwelle dient somit nicht nur der Lagerung der Schaltnockenwelle in diesem Bereich, sondern es ist in diesem Bereich gleichfalls der Rastmechanismus zum Rastieren der Schaltnockenwelle in den unterschiedlichen Verschiebestellungen vorgesehen.
Unter dem Aspekt, dass die Schaltnockenwelle im Betrieb bezüglich der stationären Lageraufnahme rotiert, ist der Rastmechanismus über ein Wälzlager innerhalb der einen Lageraufnahme gelagert. Hierdurch wird dann, wenn keine axiale Verstellung der Schaltnockenwelle erfolgt, eine Relativbewegung innerhalb des Rastmechanismus vermieden.
Unter dem Aspekt einer baulich besonders einfachen Gestaltung der Lagerung ist vorgesehen, dass der Rastmechanismus lageraufnahmenseitig eine Arretierhülse mit mehreren in Axialrichtung der Schaltnockenwelle hintereinander angeordneten Rastvertiefungen aufweist. Ferner ist vorgesehen, dass der Rastmechanismus schaltnockenwellenseitig ein sich senkrecht zur Axialrichtung der Schaltnockenwelle ersteckendes Sackloch in der Schaltnockenwelle zur Aufnahme einer Rastkugel und einer auf dieser einwirkenden Feder aufweist, zwecks Vorspannung der Rastkugel gegen die Arretierhülse im Bereich der Rastvertiefungen.
Die Rastvertiefungen können unterschiedlich gestaltet sein. Es ist nur wichtig, dass diese aufgrund deren Form geeignet sind, im Zusammenwirken mit der federbelasteten Rastkugel, die Schaltnockenwelle in deren unterschiedlichen Verschiebestellungen axial festzulegen. Somit wäre grundsätzlich auch eine Rastvertiefung geeignet, die als Rastnut, insbesondere umlaufende Rastnut ausgebildet ist. Bei Lagerung des Rastmechanismus über das Wälzlager innerhalb der einen Lageraufnahme ist allerdings eine solche Rastnut nicht erforderlich, weil die Arretierhülse mit derselben Drehzahl umläuft wie die Schaltnockenwelle. Die Arretierhülse ist axial festgelegt in dem Wälzlager gelagert.
Es ist insbesondere vorgesehen, dass die Arretierhülse zwei Rastvertiefungen aufweist. Somit kann die Schaltnockenwelle in zwei unterschiedlichen Schaltstellungen festgelegt werden.
Die Einleitung eines Drehmoments in die Schaltnockenwelle kann auf unterschiedliche Art und Weise erfolgen. Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung erfolgt die Drehmomentmitnahme über Kraftschluss. Insbesondere ist ein Antriebsrad zum Antreiben der Schaltnockenwelle fest mit der Schaltnockenwelle verbunden. Baulich besonders einfach lässt sich diese Verbindung bewerkstelligen, wenn das Antriebsrad über eine Schraubverbindung mit der Schaltnockenwelle verbunden ist. Das Antriebsrad ist insbesondere als Zahnrad mit radial außen angeordneten Zähnen ausgebildet. Vorzugsweise wirkt das als Zahnrad ausgebildete Antriebsrad mit einem weiteren Zahnrad zusammen, über das das Drehmoment in das Antriebsrad eingeleitet wird. Da das Antriebsrad fest mit der Schaltnockenwelle verbunden ist, wird das als Zahnrad ausgebildete Antriebsrad beim axialen Verschieben der Schaltnockenwelle relativ zu dem Zahnrad über das das Drehmoment in das Antriebsrad eingeleitet wird, verschoben.
Vorzugsweise ist mit der Schaltnockenwelle, im Bereich eines Endes der Schaltnockenwelle, das Antriebsrad fest verbunden und es weist im Bereich des diesem Ende abgewandten Endes der Schaltnockenwelle diese die Schaltkulisse auf.
Es ist insbesondere vorgesehen, dass die Schaltkulisse zwei Kulissenbahnen aufweist, wo zum Schalten der Schaltnockenwelle zwei axial verschiebliche, in Eingriff mit der jeweiligen Kulissenbahn bringbare Schaltstifte vorgesehen sind.
Die Erfindung und deren Weiterbildungen schlägt somit eine Lagerung einer antreibbaren Schaltnockenwelle in stationären Lageraufnahmen vor, wobei die Schaltnockenwelle einteilig ausgeführt ist. Die Drehmomentmitnahme erfolgt über Kraftschluss. Die Verstellung der Schaltnockenwelle erfolgt über jeweils einen der beiden Schaltstifte. Die Schaltnockenwelle weist mehrere Nockenpaare auf. Jedes Nockenpaar besitzt mindestens zwei verschiedene Nockenprofile. Die Schaltnockenwelle wird durch den Rastmechanismus, bestehend aus Rastkugel, Feder und der Rastvertiefung, in Position gehalten. Um eine Relativbewegung zwischen der Rastkugel und der Rastvertiefung zu vermeiden, wird die Arretierhülse im Wälzlager gelagert. Dies minimiert die Reibung und die Arretierhülse kann sich mit der Schaltnockenwelle mitdrehen.
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 Schnitt durch eine Lagerung einer antreibbaren Schaltnockenwelle in stationären Lageraufnahmen, geschnitten durch die Drehachse der Schaltnockenwelle,
2 eine räumliche Ansicht von in 1 veranschaulichter Schaltnockenwelle, Antriebsrad für die Schaltnockenwelle und Wälzlagerung der Schaltnockenwelle,
3 eine räumliche Darstellung, in einem Schnitt durch die Drehachse der Schaltnockenwelle, deren Endbereich mit Antriebsrad, Rastmechanismus und Lageraufnahme.

Gezeigt ist gemäß 1 die Lagerung einer antreibbaren Schaltnockenwelle 1 in stationären Lageraufnahmen für die Schaltnockenwelle 1 bei einer Brennkraftmaschine, wobei eine erste Lageraufnahme mit der Bezugsziffer 2 und zwei andere Lageraufnahmen mit den Bezugsziffern 3 bezeichnet sind. Die Schaltnockenwelle 1 ist einteilig ausgebildet und axial verschieblich in den Lageraufnahmen 2, 3 gelagert. Die Schaltnockenwelle 1 weist eine Schaltkulisse 4 zum axialen Verschieben der Schaltnockenwelle 1 auf. Ein Rastmechanismus 5 dient dem Rastieren der Schaltnockenwelle 1 in unterschiedlichen Verschiebestellungen, konkret in zwei unterschiedlichen Verschiebestellungen. Hierbei ist ein Rastmechanismus 5 innerhalb der Lageraufnahme 2 angeordnet. Konkret ist der Rastmechanismus 5 über ein Wälzlager 6 innerhalb der Lageraufnahme 2 gelagert.
Der Rastmechanismus 5 weist, der Lageraufnahme 2 zugewandt, eine Arretierhülse 7 mit mehreren in Axialrichtung der Schaltnockenwelle 1 hintereinander angeordneten Rastvertiefungen 8 auf. Der Schaltnockenwelle 1 zugewandt, weist der Rastmechanismus 5 ein sich senkrecht zur Axialrichtung der Schaltnockenwelle 1 erstreckendes Sackloch 9 in der Schaltnockenwelle 1 zur Aufnahme einer Rastkugel 10 und einer auf diese einwirkenden Feder 11 auf. Die Feder 11 spannt gemäß 3 die Rastkugel 10 gegen die Arretierhülse 7 im Bereich der Rastvertiefungen 8 vor. In der einen Schaltstellung der Schaltnockenwelle 1 rastiert die Rastkugel 11 mit der einen Rastvertiefung 8 und in der anderen Schaltstellung der Schaltnockenwelle 1 mit der anderen Rastvertiefung 8. Die Arretierhülse 7 ist axial festgelegt in dem Wälzlager 6 gelagert. Diese ist axial in der Lageraufnahme 2 festgelegt.
Mit der Schaltnockenwelle 1 ist gemäß 2 im Bereich eines Endes der Schaltnockenwelle 1 ein Antriebsrad 12 fest verbunden und im Bereich des diesem Ende abgewandten Endes der Schaltnockenwelle 1 nimmt diese die Schaltkulisse 4 auf. Das Antriebsrad 12 ist über eine Schraubverbindung 13 mit der Schaltnockenwelle 1 verbunden. Somit ist das Antriebsrad 12 zum Antreiben der Schaltnockenwelle 1 fest mit dieser verbunden. Das Antriebsrad 12 ist als Zahnrad mit Außenverzahnung 14 ausgebildet.
Die Schaltnockenwelle 1 weist zwei Nockenpaare 15 auf, wobei das jeweilige Nockenpaar 15 zwei Nocken 16, 17 aufweist. Je nach Schaltstellung der Schaltnockenwelle 1 wirkt mit dem jeweiligen Nocken 16 oder dem jeweiligen Nocken 17 ein Ventil 22 zusammen. Veranschaulicht ist ein mit dem jeweiligen Nocken 17 zusammenwirkendes Ventil 22. Die Schaltkulisse 4 weist zwei Kulissenbahnen 18, 19 auf und es sind zum Schalten der Schaltnockenwelle 1 zwei axial verschiebliche, in Eingriff mit der jeweiligen Kulissenbahn 18 bzw. 19 bringbare Schaltstifte 20 bzw. 21 vorgesehen.
Bei der beschriebenen Lagerung ist somit die Schaltnockenwelle 1 einteilig ausgeführt. Die Drehmomentmitnahme erfolgt über Kraftschluss in Form einer Klemmung des Antriebsrads 12 auf der Schaltnockenwelle 1 mittels der Schraubverbindung 13. Die Verstellung der Schaltnockenwelle 1 erfolgt über die beiden Schaltstifte 20 und 21. Es wird jeweils ein Schaltstift 20 bzw. 21 in Eingriff mit der diesem zugeordneten Kulissenbahn 18 bzw. 19 gebracht und bei Drehung der Schaltnockenwelle 1 diese aufgrund des formschlüssigen Eingriffs des Schaltstifts 20 bzw. 21 axial verschoben. Das jeweilige Nockenpaar hat mindestens zwei verschiedene Nockenprofile. Veranschaulicht sind für das jeweilige Nockenpaar 15 zwei unterschiedliche Profile aufweisende Nocken 16, 17. Die Schaltnockenwelle 1 wird durch den Rastmechanismus 5, bestehend aus Rastkugel 10, Feder 11 und Rastvertiefung 8, in Position gehalten. Um eine Relativbewegung zwischen Rastkugel 10 und Rastvertiefung 8 in Rotationsrichtung der Schaltnockenwelle 1 zu vermeiden, wird die Arretierhülse 7 im Wälzlager 6 gelagert. Dies minimiert die Reibung und die Arretierhülse 7 kann sich mit der Schaltnockenwelle 1 mitdrehen.
Bezugszeichenliste

1: Schaltnockenwelle
2: Lageraufnahme
3: Lageraufnahme
4: Schaltkulisse
5: Rastmechanismus
6: Wälzlager
7: Arretierhülse
8: Rastvertiefung
9: Sackloch
10: Rastkugel, Kugel
11: Feder
12: Antriebsrad
13: Schraubverbindung
14: Außenverzahnung
15: Nockenpaar
16: Nocken
17: Nocken
18: Kulissenbahn
19: Kulissenbahn
20: Schaltstift
21: Schaltstift
22: Ventil

Claims

Lagerung einer antreibbaren Schaltnockenwelle (1) in stationären Lageraufnahmen (2, 3) für die Schaltnockenwelle (1) bei einer Brennkraftmaschine, wobei die Schaltnockenwelle (1) einteilig ausgebildet und axial verschieblich in den Lageraufnahmen (2, 3) gelagert ist, sowie die Schaltnockenwelle (1) eine Schaltkulisse (4) zum axialen Verschieben der Schaltnockenwelle (1) aufweist, wobei ein Rastmechanismus (5) zum Rastieren der Schaltnockenwelle (1) in unterschiedlichen Verschiebestellungen vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Rastmechanismus (5) innerhalb einer Lageraufnahme (2) der Lageraufnahmen (2, 3) angeordnet ist, wobei der Rastmechanismus (5) über ein Wälzlager (6) innerhalb der einen Lageraufnahme (2) gelagert ist, wobei der Rastmechanismus (5) lageraufnahmeseitig eine Arretierhülse (7) mit mehreren in Axialrichtung der Schaltnockenwelle (1) hintereinander angeordneten Rastvertiefungen (8) aufweist, sowie der Rastmechanismus (5) schaltnockenwellenseitig ein sich senkrecht zur Achsrichtung der Schaltnockenwelle (1) erstreckendes Sackloch (9) in der Schaltnockenwelle (1) zur Aufnahme einer Kugel (10) und einer auf diese einwirkende Feder (11) aufweist, zwecks Vorspannung der Kugel (10) gegen die Arretierhülse (7) im Bereich der Rastvertiefungen (8), wobei die Arretierhülse (7) axial festgelegt in dem Wälzlager (6) gelagert ist.
Lagerung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Arretierhülse (7) zwei Rastvertiefungen (8) aufweist.
Lagerung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein Antriebsrad (12) zum Antreiben der Schaltnockenwelle (1) fest mit der Schaltnockenwelle (1) verbunden ist.
Lagerung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Antriebsrad (12) über eine Schraubverbindung (13) mit der Schaltnockenwelle (1) verbunden ist.
Lagerung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Antriebsrad (12) als Zahnrad mit radial außen angeordneten Zähnen ausgebildet ist.
Lagerung nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass mit der Schaltnockenwelle (1) im Bereich eines Endes der Schaltnockenwelle (1) das Antriebsrad (12) fest verbunden ist und im Bereich des diesem Ende abgewandten Endes der Schaltnockenwelle (1) diese die Schaltkulisse (4) aufweist.
Lagerung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltkulisse (4) zwei Kulissenbahnen (18, 19) aufweist und zum Schalten der Schaltnockenwelle (1) zwei axial verschiebliche, in Eingriff mit der jeweiligen Kulissenbahn (18, 19) bringbare Schaltstifte (20, 21) vorgesehen sind.