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Die Erfindung betrifft eine variable Nockenwellensteuerung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
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Eine variable Nockenwellensteuerung (oder auch variable Ventilsteuerung) bezeichnet eine Vorrichtung zur Nockenwellenverstellung, um Steuerzeiten der Ventilsteuerung von Viertaktmotoren, wie z.B. Otto- oder Dieselmotoren, im Betrieb zu verändern.
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Eine derartige variable Nockenwellensteuerung weist ein innenverzahntes Nockenstück auf, das über eine außenverzahnte Nockenwelle geführt ist. Damit während des Motorbetriebs ein Verschieben des Nockenstücks auf der Nockenwelle möglich ist, muss ein bestimmtes Mindestmaß an Spiel, das sogenannte Verdrehflankenspiel, zwischen den Verzahnungen dieser beiden Bauteile gegeben sein. Dieses Spiel sorgt bei einem Anlagewechsel eines Nockens in Folge eines Drehmomentrichtungswechsels bei der Ventilbetätigung an einem Rollenschlepphebel für ein Umschlagen der Verzahnung. Ein Umschlagimpuls beim Umschlagen steigt exponentiell zum Verdrehflankenspiel an und wird von Kraftfahrzeugführern als „Tackergeräusch“ wahrgenommen. Aufgrund technischer Grenzen von Fertigungsprozessen lässt sich das Verdrehflankenspiel nicht in ausreichendem Maße verringern.
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Bei großen durch die Fertigung bedingten Verdrehflankenspielen wird üblicherweise eine Verzahnungsauslegung mit einer Übergangspaarung gewählt, wofür eine Handmontage oder ein aufwändiges Klassieren erforderlich ist. Hier gibt es immer wieder Teile, die sich nicht fügen lassen.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Nockenwellensteuerung zu schaffen, bei der die Geräuschentwicklung beim Umschlagen der Verzahnung vermindert ist.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine variable Nockenwellensteuerung der o.g. Art mit den in Patentanspruch 1 gekennzeichneten Merkmalen gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den weiteren Patentansprüchen beschrieben.
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Dazu ist bei einer variablen Nockenwellensteuerung der o.g. Art erfindungsgemäß eine Schmierstoffzuführeinrichtung zum Führen von Schmierstoff in einen Zwischenraum zwischen der Nockenwelle und dem Nockenstück vorgesehen.
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Dort bewirkt das in den Zwischenraum eindringende Schmiermittel eine Schmiermitteldämpfung, die insbesondere die akustischen Umschlagimpulse reduziert. So kann eine Reduzierung von Körperschallimpulsen um 40% bis 50% erreicht werden. Zugleich kann damit eine deutlich weichere Klangcharakteristik erreicht werden, und die Abstrahlung im Luftschall wird deutlich verringert. Außerdem kann auf diese Weise der Verschleiß speziell an einem Kugelfederpaket zur axialen Arretierung der Nockenstücke deutlich reduziert werden. Dies erlaubt es ferner, die Nockenwelle und das Nockenstück ein größeres Verdrehflankenspiel aufweisend d.h. jeweils mit größeren Fertigungstoleranzen herzustellen. So kann auf eine Handmontage mit Verzahnungsauslegung verzichtet werden, und eine automatische Fertigung mit einer entsprechenden Fügeanlage wird möglich.
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Gemäß einer Ausführungsform weist die Schmierstoffzuführeinrichtung einen sich durch das Nockenstück erstreckenden Durchgang auf, wobei der Durchgang in einem Schmiermittelsammelbereich zur Lagerung des Nockenstücks beginnt und in dem Zwischenraum zwischen der Nockenwelle und dem Nockenstück endet. Dies hat den Vorteil, dass Restschmiermittel aus einem Radiallager zur Lagerung der Nockenwelle direkt zur Verzahnung zwischen der Nockenwelle und dem Nockenstück in den Zwischenraum geführt werden. Alternativ kann auch vorgesehen sein, Schmiermittel durch einen Durchgang in der Nockenwelle in den Zwischenraum zu führen.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform beginnt der Durchgang in einem Freistich einer Radiallagerfläche. Dabei wird unter einem Freistich gemäß DIN 509 eine „Abtragung an einer rotationssymmetrischen Innenkante mit einer bestimmten Form und festgelegten Maßen, die sowohl dem eingesetzten Werkzeug bei der Fertigung als auch dem anliegenden Teil beim Zusammenbau den erforderlichen Freiraum gibt“ verstanden. Somit dient der Freistich zum Schaffen von Freiräumen, welche als Auslaufzonen bei der Fertigung für Werkzeuge wie Drehmeißel und vor allem Schleifscheiben benötigt werden. Als Funktionselement ist der Freistich bei Zusammenbauten/Baugruppen erforderlich, um das bündige Aufstecken von Gegenstücken zu gewährleisten, wenn an diesen Gegenstücken keine ausreichend großen Fasen, Radien oder Rundungen angebracht werden können. Somit beginnt der Durchgang unmittelbar an der Stelle, an der Restschmiermittel aus dem Radiallager austritt. Auf diese Weise kann das austretende Restschmiermittel besonders effektiv in den Verzahnungszwischenraum geführt werden, ohne zusätzliches Drucköl aus dem Ölkreislauf des Motors entnehmen zu müssen.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform beginnt der Durchgang in einer Radiallagerfläche. So kann der Durchgang einfacher gefertigt werden und das Restschmiermittel von der Radiallagerfläche leichter in den Zwischenraum leiten.
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Gemäß einer anderen Ausführungsform verläuft der Durchgang in einem Winkel von im Wesentlichen 30° bis 90° zur Erstreckungsachse (Längsachse) der Nockenwelle. Dabei wird unter „im Wesentlichen“ innerhalb üblicher Fertigungstoleranzen liegend verstanden. So kann der Durchgang einerseits besonders einfach gefertigt werden. Andererseits kann sich der Durchgang insbesondere von einem Freistich zu besonders kritischen Bereichen im Zwischenraum erstrecken und dort direkt eine Schmiermitteldämpfung bewirken.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform erstreckt sich der Durchgang in radialer Richtung durch das Nockenstück. Das Nockenstück kann z.B. eine im Wesentlichen zylindermantelförmige bzw. hohlzylinderförmige Grundform mit einer Außenfläche und einer Innenfläche aufweisen. Der Durchgang beginnt dann an der Außenfläche und endet an der Innenfläche. Mit Bezug auf die im Wesentlichen zylindermantelförmige bzw. hohlzylinderförmige Grundform erstreckt sich der Durchgang in radialer Richtung. Dabei wird unter „radialer Richtung“ eine Richtung verstanden, die sich im Wesentlichen radial einwärts bzw. auswärts erstreckt, jedoch nicht zwingend im rechten Winkel zur Erstreckungsachse (Längsachse) der Nockenwelle verläuft. Des Weiteren wird unter „radialer Richtung“ eine Richtung verstanden, die nicht zwingend geradlinig verläuft, sondern auch Bogenabschnitte oder Knicke aufweisen kann.
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Gemäß einer anderen Ausführungsform weist die Schmierstoffzuführeinrichtung wenigstens eine sich durch die Nockenwelle erstreckende Bohrung auf, wobei vorzugsweise die Nockenwelle eine Hohlwelle ist und sich die wenigstens eine Bohrung in radialer Richtung durch die Nockenwelle erstreckt. Die Beölung kann also auch durch eine Bohrung in der außenverzahnten Nockenwelle erfolgen.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist die Schmierstoffzuführeinrichtung zur drucklosen Führung von Schmiermittel in den Zwischenraum ausgebildet. Somit wird von einer Schmiermittelpumpe keine Arbeit verrichtet, um Schmiermittel z.B. durch den Durchgang zu fördern. Daher wird der Energieverbrauch der Schmiermittelpumpe nicht erhöht. Alternativ kann z.B. die Schmierstoffzuführeinrichtung dazu ausgebildet sein, eine aktive Beölung der Verzahnung zwischen der Nockenwelle und dem Nockenstück zu bewirken, d.h. es wird Schmiermittel, wie z.B. Öl, unter Druck in den Zwischenraum gefördert.
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Ferner gehören zur Erfindung ein derartiges innenverzahntes Nockenstück für eine derartige variable Nockenwellensteuerung, eine derartige außenverzahnte Nockenwelle für eine derartige variable Nockenwellensteuerung und eine Brennkraftmaschine mit einer derartigen variablen Nockenwellensteuerung.
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Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Zeichnung näher erläutert. Diese zeigt in
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1 in schematischer Schnittdarstellung ein erstes Ausführungsbeispiel der Erfindung,
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2 in schematischer Schnittdarstellung ein zweites Ausführungsbeispiel der Erfindung, und
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3 in schematischer Schnittdarstellung ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung.
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Es wird zunächst auf 1 Bezug genommen.
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Dargestellt ist eine variable Nockenwellensteuerung 10 für eine Brennkraftmaschine, wie z.B. einen Viertaktmotor, wie z.B. einen Otto- oder Dieselmotor. Die variable Nockenwellensteuerung 10 erlaubt es, Steuerzeiten einer Ventilsteuerung der Brennkraftmaschine im Betrieb zu verändern.
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Die variable Nockenwellensteuerung 10 weist im vorliegenden Ausführungsbeispiel eine außenverzahnte Nockenwelle 12 und ein innenverzahntes Nockenstück 14 auf. Das Nockenstück 14 ist axial in Richtung der Erstreckungsachse (Längsachse) der Nockenwelle 12 verschiebbar auf der Nockenwelle 12 gelagert.
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Um ein Verschieben des Nockenstücks 14 auf der Nockenwelle 12 zu ermöglichen, ist ein bestimmtes Mindestmaß an Spiel, das sogenannte Verdrehflankenspiel, zwischen der Verzahnung des Nockenstücks 14 und der Verzahnung der Nockenwelle 12 vorgegeben bzw. erforderlich. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel liegt das Verdrehflankenspiel in einem Bereich von z.B. 0,65 mm bis 0,7 mm.
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Ein Radiallager zur drehbaren Lagerung des Nockenstücks 14 weist eine Zuführleitung auf, durch die Schmiermittel, z.B. Öl, einem umlaufenden Ringspalt des Radiallagers zugeführt wird, um eine Schmierung der Lagerstelle des Nockenstücks 14 zu bewirken.
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Ferner ist eine Schmierstoffzuführeinrichtung 20 vorgesehen, mit der eine Schmiermitteldämpfung erreicht werden kann, die insbesondere die akustischen Umschlagimpulse reduziert, wie dies später noch detailliert erläutert wird.
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Die Schmierstoffzuführeinrichtung 20 weist im vorliegenden Ausführungsbeispiel vier Durchgänge 16a, 16b, 16c, 16d auf, die sich jeweils im Wesentlichen in radialer Richtung durch das Nockenstück 14 erstrecken. Ferner weist das Nockenstück 14 im vorliegenden Ausführungsbeispiel eine im Wesentlichen zylindermantelförmige bzw. hohlzylinderförmige Grundform mit einer Außenfläche und einer Innenfläche auf. Dabei verbinden die vier Durchgänge 16a, 16b, 16c, 16d die Außenfläche des Nockenstücks 14 mit der Innenfläche des Nockenstücks 14. Mit Bezug auf die im Wesentlichen zylindermantelförmige bzw. hohlzylinderförmige Grundform des Nockenstücks 14 erstrecken sich die Durchgänge 16a, 16b, 16c, 16d zumindest mit einer Richtungskomponente in radialer Richtung. Somit geben die vier Durchgänge 16a, 16b, 16c, 16d eine Strömungsrichtung mit einer Richtungskomponente in radialer Richtung und einer Richtungskomponente in axialer Richtung der Erstreckungsachse der Nockenwelle 14 vor.
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Die in 1 dargestellten Durchgänge 16a und 16c auf der einen Seite sowie 16b und 16d auf der anderen Seite sind in Umfangsrichtung des Nockenstücks 14 jeweils gleichmäßig voneinander beabstandet angeordnet. Es können über den Umfang verteilt auch mehr als zwei Durchgänge vorgesehen sein. Ferner sind die beiden in 1 linken Durchgänge 16a und 16c in Erstreckungsrichtung der Nockenwelle 12 von den beiden in 1 rechten Durchgängen 16b und 16d beabstandet angeordnet. Außerdem können die Durchgänge 16a, 16b bzw. 16c, 16d auch in Umfangsrichtung zueinander versetzt angeordnet sein.
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Die vier Durchgänge 16a, 16b, 16c, 16d beginnen in einem Schmiermittelsammelbereich 18 und enden in einem etwa zylindrischen Zwischenraum 22 zwischen der Nockenwelle 12 und dem Nockenstück 14. Dabei weist im vorliegenden Ausführungsbeispiel der Schmiermittelsammelbereich 18 in Erstreckungsrichtung (Längsachse) der Nockenwelle 12 in Reihe hintereinander angeordnet einen umlaufenden, ersten, in 1 linken Freistich 24a und einen umlaufenden, zweiten, in 1 rechten Freistich 24b auf. Die Freistiche begrenzen in axialer Richtung eine Radiallagerfläche 26.
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Der Zwischenraum 22 wird einerseits von der Innenfläche des Nockenstücks 14 begrenzt. Im Schmiermittelsammelbereich 18 sammelt sich aus dem Radiallager (nicht gezeigt) austretendes Schmiermittel. Dieses kann durch die vier Durchgänge 16a, 16b, 16c, 16d von dem Schmiermittelsammelbereich 18 in den Zwischenraum 22 gelangen. Andererseits wird der Zwischenraum 22 von der Außenfläche der Nockenwelle 12 begrenzt
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Dabei ist vorgesehen, dass die Durchgänge 16a, 16b, 16c, 16d zur drucklosen Führung von aus dem Radiallager austretendem Schmiermittel in den Zwischenraum 22 ausgebildet sind, so dass von einer Schmiermittelpumpe (nicht dargestellt) keine zusätzliche Arbeit verrichtet werden muss, um Schmiermittel durch die Durchgänge 16a, 16b, 16c, 16d zu fördern.
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In dem in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel beginnen die Durchgänge 16a, 16b, 16c, 16d jeweils in den Freistichen 24a, 24b und verlaufen dann unter einem Winkel von etwa 45° zur Erstreckungsachse der Nockenwelle 12 geradlinig bis zum Zwischenraum 22. Die Durchgänge 16a, 16b, 16c, 16d beginnen also jeweils unmittelbar an der Stelle, an der Schmiermittel aus dem Radiallager austritt.
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Es wird nun auf 2 Bezug genommen.
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Die in 2 dargestellte Nockenwellensteuerung 10 unterscheidet sich von der in 1 dargestellten Nockenwellensteuerung 10 dadurch, dass die Schmierstoffzuführeinrichtung 20 zwei Durchgänge 16a, 16b aufweist, die jeweils in der Radiallagerfläche 26 beginnen und in einem Winkel von im Wesentlichen 90° zur Erstreckungsachse der Nockenwelle 12 verlaufen. Mit anderen Worten, die beiden Durchgänge 16a, 16b beginnen außerhalb der Freistiche 24a, 24b und weisen eine radiale Ausrichtung ohne axiale Komponente auf.
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Im vorliegenden Ausführungsbeispiel 20 sind die beiden Durchgänge 16a, 16b in axialer Richtung der Erstreckungsachse der Nockenwelle 12 mit einem Abstand von etwa 10 mm bis etwa 25 mm, im vorliegenden Ausführungsbeispiel vorzugsweise mit einem Abstand von 12 mm oder 18 mm, angeordnet.
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Die Anordnung und der Verlauf der Durchgänge 16a, 16b erlaubt es im Vergleich zum ersten, in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel, diese einfacher zu fertigen. Die Radiallagerfläche 26 stellt dabei einen Kontaktbereich zwischen dem nicht gezeigten Radiallager und der Außenfläche des Nockenstücks 14 dar. Die Radiallagerfläche 26 erstreckt sich im vorliegenden Ausführungsbeispiel über die Breite des Radiallagers in Erstreckungsrichtung der Nockenwelle 12.
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Im Betrieb wird Schmiermittel von der Schmiermittelpumpe durch die Zuführleitung zu dem Ringspalt gefördert. Schmiermittel tritt dann aus dem Radiallager aus und gelangt drucklos durch die vier Durchgänge 16a, 16b, 16c, 16d bzw. zwei Durchgänge 16a, 16b in den Zwischenraum 22.
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Dort bewirkt das in den Zwischenraum 22 eingedrungene Schmiermittel eine Schmiermitteldämpfung, die die Umschlagimpulse deutlich reduziert. Dies erlaubt es ferner, die Nockenwelle 12 und das Nockenstück 14 ein größeres Verdrehflankenspiel aufweisend zu fertigen, d.h. diese Teile in Bezug auf ihre ineinander greifenden Verzahnungen jeweils mit größeren Fertigungstoleranzen herzustellen. So kann auf eine Handmontage mit Verzahnungsauslegung verzichtet werden, und es wird eine automatische Fertigung mit einer entsprechenden Fügeanlage ermöglicht.
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Ein drittes Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in 3 gezeigt, welche teilweise einen Längsschnitt durch eine Nockenwellensteuerung darstellt. Die einen Schnitt, hier Längsschnitt, kennzeichnenden Schraffuren sind in diesem Fall der besseren Übersicht halber weg gelassen.
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Gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel weist die Schmierstoffzuführeinrichtung 20 wenigstens eine sich durch die Nockenwelle 12 erstreckende Bohrung 28 auf. Die Nockenwelle 12 ist zumindest bei diesem Ausführungsbeispiel eine Hohlwelle, wobei sich die wenigstens eine Bohrung 28 in radialer Richtung durch die Nockenwelle 12 erstreckt. Gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel erstreckt sich die Bohrung 28 diametral durch die Nockenwelle 12. Die Bohrung 28 erstreckt sich damit von einer in der Nockenwelle 12 vorgesehenen Innenbohrung 30 in radialer Richtung der Nockenwelle bis zum Zwischenraum 22 zwischen der Nockenwelle 12 und dem Nockenstück 14, wie dies in 3 angedeutet ist
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Die Erfindung ist auch auf eine innenverzahntes Nockenstück für eine variable Nockenwellensteuerung gerichtet, wie sie in den Patentansprüchen angegeben ist. Ferner ist die Erfindung auf eine außenverzahnte Nockenwelle für eine variable Nockenwellensteuerung gerichtet, wie sie ebenfalls in den Ansprüchen angegeben ist. Schließlich ist die Erfindung auch auf eine Brennkraftmaschine mit einer variablen Nockenwellensteuerung gerichtet, wie sie in den Patentansprüchen angegeben ist.
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Damit ist eine Nockenwellensteuerung geschaffen, bei der die Geräuschentwicklung beim Umschlagen der Verzahnung deutlich vermindert ist.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- variable Nockenwellensteuerung
- 12
- Nockenwelle
- 14
- Nockenstück
- 16a
- Durchgang
- 16b
- Durchgang
- 16c
- Durchgang
- 16d
- Durchgang
- 18
- Schmiermittelsammelbereich
- 20
- Schmierstoffzuführeinrichtung
- 22
- Zwischenraum
- 24a
- Freistich
- 24b
- Freistich
- 26
- Radiallagerfläche
- 28
- Bohrung
- 30
- Innenbohrung
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
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Zitierte Nicht-Patentliteratur
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