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Gebiet der Erfindung
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Die Erfindung betrifft einen Ventiltrieb für eine Brennkraftmaschine, umfassend mindestens einen Nocken, welcher an je einer Lauffläche mit einer Anlauffläche eines Nockenfolgers in Kontakt steht. Des Weiteren betrifft die Erfindung einen Nocken für eine Ventilnockenwelle eines Ventiltriebs, sowie einen Nockenfolger für einen Ventiltrieb.
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Stand der Technik
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Ventiltriebe zur Steuerung von Ladungswechseln bei Brennkraftmaschinen sind im Allgemeinen bekannt. Dabei umfasst ein Ventiltrieb üblicherweise ein oder auch mehrere Nockenwellen, deren Aufgabe das Öffnen und Schließen von Ein- und Auslassventilen zu bestimmten, mit Positionen eines jeweiligen Kolbens synchronisierten Zeitpunkten ist. Zu diesem Zweck ist eine Nockenwelle mit ein oder mehreren Nocken ausgestattet, welche drehfest auf der Nockenwelle vorgesehen sind und mit ihrem jeweiligen Nockenprofil das Öffnen und Schließen eines oder auch mehrerer zugehöriger Gaswechselventile definieren. Üblicherweise läuft der jeweilige Nocken dabei mit einer Lauffläche an einem zugehörigen Nockenfolger an, welcher bei Rotation der Nockenwelle eine Kraft vom Nocken auf das zugehörige Gaswechselventil überträgt. Im Zuge seiner gemeinsamen Rotation mit der Ventilnockenwelle gleitet der Nocken dabei mit seiner Lauffläche an einer Anlauffläche des Nockenfolgers ab.
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Aus der
DE 102 49 761 A1 ist zudem ein Nockenfolger für einen Ventiltrieb bekannt, welcher eine Anlauffläche für mindestens einen Nocken einer Ventilnockenwelle aufweist. Dabei ist die Anlauffläche mit Vertiefungen versehen, die in Auswanderrichtung eines Kontakts mit dem Nocken paarweise pfeilartig aufeinander zulaufen und hierdurch Konturen einer Mikrostruktur zur Aufnahme von Schmiermittel definieren. Insbesondere wird hierbei eine rautenartige Struktur gebildet, welche beim Anlaufen des mindestens einen Nockens die Bildung eines dynamisch tragenden Schmierstofffilms bewirkt. In der Folge schwimmt der Nockenfolger aufgrund des Schmierstofffilms quasi auf dem Nocken auf, so dass die Reibung und damit auch der Verschleiß im Kontaktbereich zwischen Nockenfolger und Nocken reduziert ist.
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Ausgehend vom vorstehend beschriebenen Stand der Technik ist es nun die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Ventiltrieb für eine Brennkraftmaschine zu schaffen, bei welchem der Verschleiß im Bereich des Kontakts eines Nockens mit einem Nockenfolger weitestgehend reduziert werden kann.
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Offenbarung der Erfindung
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Diese Aufgabe wird ausgehend vom Oberbegriff des nebengeordneten Anspruchs 1 in Verbindung mit dessen kennzeichnenden Merkmalen gelöst. Konkrete Ausgestaltungen eines Nockens einer Ventilnockenwelle und eines Nockenfolgers für einen Ventiltrieb gehen des Weiteren aus den nebengeordneten Ansprüchen 4 und 8 hervor. Die jeweils nachfolgenden, abhängigen Ansprüche geben zudem vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung wieder.
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Gemäß der Erfindung umfasst ein Ventiltrieb für eine Brennkraftmaschine mindestens einen Nocken, welcher an je einer Lauffläche mit einer Anlauffläche eines Nockenfolgers in Kontakt steht. Mit der „Lauffläche“ des mindestens einen Nockens ist im Sinne der Erfindung dabei insbesondere die umlaufend am Nocken ausgestaltete Fläche gemeint, mit welcher der mindestens eine Nocken an dem Nockenfolger anläuft. Es kann sich aber hinsichtlich der erfindungsgemäßen Gestaltung eines Nockens bei der „Anlauffläche“ auch um eine Fläche für den Kontakt mit einer Verstelleinrichtung handeln, über welche der Nocken axial relativ zu der Ventilnockenwelle und dem zugehörigen Nockenfolger verschoben werden kann, um ein Anlaufen am Nockenfolger mit einem anderweitig gestalteten Nockenprofil hervorzurufen. So kann es sich im letztgenannten Fall um eine Fläche im Bereich einer am Nocken ausgestalteten Nut handeln, in welche ein Stellstift einer Verstelleinrichtung für das Verschieben einfassen kann. Hingegen handelt es sich bei der „Anlauffläche“ des Nockenfolgers um das seitens des Nockenfolgers vorgesehene Gegenstück für den Kontakt mit dem mindestens einen Nocken.
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Die Erfindung umfasst nun die technische Lehre, dass der mindestens eine Nocken an seiner Lauffläche mit Vertiefungen versehen ist, welche eine Mikrostruktur zur Aufnahme von Schmiermittel definieren. Alternativ oder auch ergänzend dazu ist der Nockenfolger an seiner Anlauffläche mit Vertiefungen versehen, welche paarweise in Auswanderrichtung des Kontakts mit dem mindestens einen Nocken pfeilartig aufeinander zulaufen und dabei entlang der Anlauffläche in Auswanderrichtung voneinander abweichend gestaltete Konturen einer Mikrostruktur zur Aufnahme von Schmiermittel definieren.
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Gemäß der Erfindung ist also ein Nocken für eine Ventilnockenwelle an seiner Lauffläche mit Vertiefungen versehen, welche eine Mikrostruktur zur Aufnahme von Schmiermittel definieren. Des Weiteren kann im Sinne der Erfindung ein Nockenfolger für einen Ventiltrieb an einer Anlauffläche für mindestens einen Nocken mit Vertiefungen versehen sein, die in Auswanderrichtung eines Kontakts mit dem Nocken paarweise pfeilartig aufeinander zulaufen und hierdurch Konturen einer Mikrostruktur zur Aufnahme von Schmiermittel definieren. Dabei sind die Konturen entlang der Anlauffläche in Auswanderrichtung voneinander abweichend gestaltet.
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Eine derartige Ausgestaltung eines Ventiltriebes hat dabei den Vorteil, dass aufgrund der Mikrostruktur seitens des Nockens und/oder seitens des Nockenfolgers Schmiermittel im Bereich des Kontakts zwischen den beiden Komponenten gehalten und in der Folge ein Verschleiß beim Abgleiten des Nockens an der Anlauffläche des Nockenfolgers minimiert wird. Denn eine Mikrostruktur auf einem oder auch beiden Komponenten hat zum einen zur Folge, dass eine gewisse Schmiermittelmenge beim Abstellen der Brennkraftmaschine in der Struktur zurückgehalten wird und bei einem erneuten Starten der Brennkraftmaschine direkt zwischen den Reibpartnern zur Verfügung steht.
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Zum anderen besteht zudem je nach Gestaltung der Mikrostruktur die Möglichkeit, für die Ausbildung eines dynamischen Schmierfilms zwischen den Kontaktpartnern zu sorgen, so dass im Betrieb ein Aufschwimmen stattfindet und die Komponenten nur noch mittelbar über den Schmierfilm miteinander in Kontakt stehen. Insbesondere ist dies durch das pfeilartige aufeinander Zulaufen von Vertiefungen und paarweise Ausbildung von Konturen der Mikrostruktur möglich, da bei entsprechender Ausrichtung des jeweiligen Pfeils ein Aufstauen von Schmiermittel in den einzelnen Konturen bei Ablaufen des Nockens am Nockenfolger stattfindet. Die im Falle einer Ausgestaltung einer Mikrostruktur seitens des Nockenfolgers erfindungsgemäß stattfindende, voneinander abweichende Gestaltung der Konturen ermöglicht zudem, eine Anpassung an unterschiedliche Gleitgeschwindigkeiten beim Ablaufen des Nockens vorzunehmen. Insofern kann die Ausbildung eines dynamischen Schmierfilmes in diesem Falle optimiert werden.
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Zwar ist auch im Falle der
DE 102 49 761 A1 eine Anlauffläche eines Nockenfolgers mit Vertiefungen versehen, welche paarweise in Auswanderrichtung des Kontakts mit mindestens einem Nocken pfeilartig aufeinander zulaufen und dabei Konturen einer Mikrostruktur zur Aufnahme von Schmiermittel definieren. Allerdings sind diese Konturen dabei gleichmäßig oder zumindest im Wesentlichen gleichmäßig ausgestaltet, so dass entlang der Anlauffläche keine Anpassung an unterschiedliche Gleitgeschwindigkeiten möglich ist. So kann es insbesondere bei Anlaufen des mindestens einen Nockens mit seiner Öffnungs- und auch seiner Schließflanke und den hierbei auftretenden hohen Geschwindigkeiten zu einer Unterversorgung und damit einem Abriss des dynamischen Schmierfilmes kommen.
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Prinzipiell können Vertiefungen am Nocken bzw. am Nockenfolger über die komplette Fläche oder auch nur an ein oder mehreren Abschnitten dieser Fläche vorgesehen sein. Dies gilt hierbei sowohl in der Breite als auch in Umfangsrichtung.
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Entsprechend einer vorteilhaften Ausführungsform des Nockens laufen auch die Vertiefungen an der Lauffläche des Nockens jeweils paarweise entgegen einer Drehrichtung pfeilartig aufeinander zu und definieren hierbei jeweils gemeinsam Konturen der Mikrostruktur. Eine derartige Gestaltung der Konturen der Mikrostruktur hat dann im Zuge der Drehbewegung des Nockens mit der Ventilnockenwelle zur Folge, dass entweder im Zusammenspiel mit einer Mikrostruktur seitens des Nockenfolgers oder allein durch die Mikrostruktur des Nockens ein Anstauen von Schmiermittel beim Ablaufen am Nockenfolger stattfindet. Es wird also die Ausbildung eines dynamischen Schmierfilmes begünstigt.
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In Weiterbildung der Erfindung sind die Konturen entlang der Lauffläche des Nockens dabei in Drehrichtung voneinander abweichend gestaltet. Weiter bevorzugt sind die Konturen dabei in Abhängigkeit von Gleitgeschwindigkeiten gestaltet, welche durch ein Nockenprofil des Nockens definiert sind. Mittels einer voneinander abweichenden Gestaltung der Konturen der Mikrostruktur am Nocken kann die Bildung des dynamischen Schmierfilms in Abhängigkeit der durch das Nockenprofil definierten, stattfindenden Gleitgeschwindigkeiten beeinflusst werden. So können insbesondere im Bereich einer Nockenerhebung des Nockens im Vergleich zu dessen Grundkreis Konturen gestaltet werden, welche auch bei den dann stattfindenden, höheren Gleitgeschwindigkeiten die Ausbildung eines ausreichenden Schmierfilmes bewirken.
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Entsprechend einer vorteilhaften Ausführungsform eines Nockenfolgers ist die unterschiedliche Gestaltung der Konturen der Mikrostruktur in Abhängigkeit des Kontakts der Anlauffläche mit einem Nockenprofil des Nockens vorgenommen. Die entlang der Anlauffläche gestalteten Konturen werden also so gestaltet, dass in Bereichen eines Kontakts mit einer Nockenerhebung des Nockens beispielsweise ein stärkeres Anstauen von Schmiermittel vollzogen wird, als in Bereichen, wo beispielsweise ein Anlaufen des Nockens mit seiner Grundkreisphase stattfindet.
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Bevorzugt können die einzelnen Weiterbildungen des Nockens und auch des Nockenfolgers einzeln oder auch in Kombination miteinander bei einem erfindungsgemäßen Ventiltrieb Anwendung finden. Des Weiteren ist es im Sinne der Erfindung insbesondere denkbar, die einzelnen Konturen voneinander abgesetzt an der Anlauffläche bzw. Lauffläche des Nockenfolgers bzw. des Nockens auszugestalten. Ein Nockenfolger kann prinzipiell in der Form eines Tassenstößels oder auch eines hebelartigen Nockenfolgers vorliegen, also beispielsweise als Schlepp- oder Kipphebel.
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Die Erfindung ist nicht auf die angegebene Kombination der Merkmale der nebengeordneten Ansprüche oder hiervon abhängigen Ansprüche beschränkt. Es ergeben sich darüber hinaus Möglichkeiten, einzelne Merkmale, auch soweit sie aus den Ansprüchen, der nachfolgenden Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform oder unmittelbar aus den Zeichnungen hervorgehen, miteinander zu kombinieren. Die Bezugnahme der Ansprüche auf die Zeichnungen durch Verwendung von Bezugszeichen soll den Schutzumfang der Ansprüche nicht beschränken.
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Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung werden nachfolgend anhand der beiliegenden Zeichnungen näher erläutert. Diese zeigen:
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1 eine Schnittansicht eines Ventiltriebes entsprechend einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung;
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2 eine Seitenansicht eines Nockens des Ventiltriebes aus 1; und
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3 eine Draufsicht auf einen Nockenfolger des Ventiltriebes aus 1.
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Ausführliche Beschreibung der Zeichnungen
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Aus 1 geht eine Schnittansicht eines Ventiltriebes entsprechend einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung hervor, bei welchem eine Ventilnockenwelle 1 drehbar in einem Zylinderkopf 2 gelagert ist und einen Nocken 3 trägt. Der Nocken 3 ist dabei drehfest auf der Ventilnockenwelle 1 vorgesehen und steht an einer umfangsseitigen Lauffläche 4 mit einem Nockenfolger 5 in Kontakt.
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Wie aus 1 zu erkennen ist, ist der Nockenfolger 5 dabei als Tassenstößel ausgeführt, welcher in einem Bodenbereich 6 eine Anlauffläche 7 für den Kontakt mit dem Nocken 3 aufweist. In einem Innenbereich steht der Nockenfolger 5 dann zudem mit einem Gaswechselventil 8 in Kontakt und ist an einem Mantelbereich 9 axial verschiebbar in dem umliegenden Zylinderkopf 2 geführt.
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Der Nocken 3 verfügt über eine Nockenkontur 10, die sich im Wesentlichen aus einem Nockengrundkreis 11 und einer hierauf aufbauenden Nockenerhebung 12 zusammensetzt. Entsprechend der Gestaltung der Nockenerhebung 12, welche über eine ansteigende Flanke aus dem Nockengrundkreis 11 hervorgeht und im Anschluss daran über eine abfallende Flanke wieder in den Nockengrundkreis 11 übergeht, wird dabei das Öffnen und Schließen des Gaswechselventils 8 hervorgerufen, indem bei Rotation der Ventilnockenwelle 1 bei Anlaufen des Nockens 3 mit seiner Nockenerhebung 12 an der Anlauffläche 7 des Nockenfolgers 5 dessen axiale Bewegung im Zylinderkopf 2 hervorgerufen wird. Dabei führt der Nockenfolger 5 das Gaswechselventil 8 mit, so dass dieses zunächst bei Anlaufen des Nockens 3 mit der ansteigenden Flanke geöffnet und ab Anlaufen des Nockens 3 mit der abfallenden Flanke wiederum geschlossen wird. Ein Schließen des Gaswechselventils 8 wird dabei über ein Federelement 13 sichergestellt, welches auch für einen stetigen Kontakt des Nockenfolgers 5 mit dem Nocken 3 sorgt.
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Als Besonderheit sind nun sowohl der Nocken 3 an seiner Lauffläche 4, als auch der Nockenfolger 5 an seinem Bodenbereich 6 im Bereich der Anlauffläche 7 jeweils mit Mikrostrukturen 14 bzw. 15 ausgestattet, wie aus den beiden weiteren 2 und 3 zu erkennen ist. Bei 2 handelt es sich dabei um eine Seitenansicht des Nockens 3 auf die Lauffläche 4, wobei dabei Vertiefungen 16 zu erkennen sind, welche jeweils paarweise pfeilartig entgegen einer Drehrichtung 17 der Ventilnockenwelle 1 weisende Konturen 18, 19, 20 und 21 bilden. Diese Konturen 18 bis 21 sorgen dabei zum einen dafür, dass generell Schmiermittel im Bereich der Lauffläche 14 in den Vertiefungen 16 gehalten wird, so dass auch nach einem Abstellen einer den Ventiltrieb aufweisenden Brennkraftmaschine Schmiermittel an diesen Stellen verbleibt. Insofern wird bei einem erneuten Starten der Brennkraftmaschine von vornherein her Schmiermittel in diesem Bereich zur Verfügung gestellt.
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Auf der anderen Seite bewirken die Konturen 18 bis 21 aufgrund des pfeilartigen Zusammenlaufens und der Ausrichtung entgegen der Drehrichtung 17 beim Anlaufen des Nockens 3 am Nockenfolger 5 ein Anstauen von Schmiermittel, welches sich in den Pfeilspitzen sammelt. Diese Ansammlung von Schmiermittel bewirkt dann die Bildung eines dynamischen Schmierfilmes, welcher ein Aufschwimmen des Nockenfolgers 5 am Nocken 3, ähnlich einem Aquaplaningeffekt, zur Folge hat.
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Aus 2 ist des Weiteren zu erkennen, dass die Konturen 18 bis 21 jeweils abweichend voneinander gestaltet sind, so dass auch die Ausbildung des dynamischen Schmierfilmes unterschiedlich ausfällt. Dabei ist die Kontur 18 im Bereich der Nockenerhebung 12 vorgesehen, während die Konturen 19 bis 21 im Bereich des Nockengrundkreises 11 in die Lauffläche 4 eingebracht sind. Die Gestaltung der Konturen 18 bis 21 ist an den jeweils im jeweiligen Bereich auftretenden Gleitgeschwindigkeiten zwischen Nocken 3 und Nockenfolger 5 orientiert, welche im Bereich der Nockenerhebung 12 höher sind, als im Bereich des Nockengrundkreises 11.
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Auch der Bodenbereich 6 des Nockenfolgers 5 ist, wie in 3 zu sehen ist, im Bereich der Anlauffläche 7 mit der Mikrostruktur 15 versehen, welche durch mehrere Vertiefungen 22 gebildet ist. Dabei laufen auch diese Vertiefungen jeweils paarweise pfeilartig aufeinander zu und bilden Konturen 23, 24 und 25, welche mit ihrer Pfeilspitze in Richtung einer Auswanderrichtung 26 eines Kontakts mit dem Nocken 3 orientiert sind. Die Konturen 23 bis 25 sorgen, analog zu den Konturen 18 bis 21 des Nockens 3, zum einen für eine generelle Speicherung von Schmiermittel, sowie zum anderen beim Anlaufen des Nockens 3 am Nockenfolger 5 für die Ausbildung eines dynamischen Schmierfilmes.
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In Auswanderrichtung 26 sind die Konturen 23 bis 25 dann zudem abweichend voneinander gestaltet, so dass auch wiederum eine unterschiedliche Beeinflussung des dynamischen Schmierfilmes hervorgerufen wird. So sind in einem Mittenbereich der Anlauffläche 7 die Konturen 24 und 25 vorgesehen, in welchem der Nocken 3 mit seinem Nockengrundkreis 11 anläuft. Die Kontur 23 ist hingegen beiderseits der Konturen 24 und 25 ausgestaltet, wo der Nocken 3 lediglich mit seiner Nockenerhebung 12 anläuft. Insofern wird auch seitens des Nockenfolgers 5 den in diesem Bereich höheren, auftretenden Gleitgeschwindigkeiten Rechnung getragen.
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Mittels der erfindungsgemäßen Ausgestaltung eines Ventiltriebes kann der Verschleiß wesentlich gemindert werden.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Ventilnockenwelle
- 2
- Zylinderkopf
- 3
- Nocken
- 4
- Lauffläche
- 5
- Nockenfolger
- 6
- Bodenbereich
- 7
- Anlauffläche
- 8
- Gaswechselventil
- 9
- Mantelbereich
- 10
- Nockenkontur
- 11
- Nockengrundkreis
- 12
- Nockenerhebung
- 13
- Federelement
- 14
- Mikrostruktur
- 15
- Mikrostruktur
- 16
- Vertiefungen
- 17
- Drehrichtung
- 18
- Kontur
- 19
- Kontur
- 20
- Kontur
- 21
- Kontur
- 22
- Vertiefungen
- 23
- Kontur
- 24
- Kontur
- 25
- Kontur
- 26
- Auswanderrichtung
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 10249761 A1 [0003, 0011]
