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Die Erfindung betrifft eine (mehrteilige) Nockenwelle für eine Verbrennungskraftmaschine, wie einen Diesel- oder Ottomotor, eines Kraftfahrzeugs, etwa eines Pkws, eines Lkws oder eines anderen Nutzfahrzeugs, mit einer Trägerwelle und einem Nockenstück, das mit einer Innenverzahnung auf eine Außenverzahnung der Trägerwelle aufgeschoben ist, sowie einem das Nockenstück in zumindest zwei Verschiebestellungen relativ zu der Trägerwelle festlegenden Arretiermechanismus mit einer in einer Querbohrung der Trägerwelle befestigten Hülse und einem darin aufgenommenen Sperrkörper, der in den Verschiebestellungen jeweils in eine von zumindest zwei Arretiernuten im Nockenstück eingeschoben ist, wobei zwei der Arretiernuten durch einen Mittelsteg getrennt axial nebeneinander angeordnet sind und wobei die Innenverzahnung mit einer so dimensionierten Zahnlücke versehen ist, dass das Nockenstück über die die Außenverzahnung von einer axialen Seite zumindest teilweise überdeckende Hülse hinweg auf die Außenverzahnung aufschiebbar ist. Zudem betrifft die Erfindung einen Ventiltrieb für eine Verbrennungskraftmaschine mit dieser Nockenwelle.
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Gattungsgemäßer Stand der Technik ist aus der
DE 10 2015 010 751 A1 bekannt. Hierin ist eine Nockenwelle mit zumindest einem axial verschiebbaren Nockenelement zur Betätigung zumindest eines Gaswechselventils offenbart. Auch weist die Nockenwelle eine Triebwelle auf, die eine Verzahnung für eine axial verschiebbare Lagerung des Nockenelements aufweist. Eine Verrasteinheit ist dazu vorgesehen, das Nockenelement in unterschiedlichen Schaltstellungen zu verrasten.
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Die
DE 10 2011 001 660 A1 offenbart eine Nockenwelle, bei der die Innenverzahnung des Nockenstücks mit einer so dimensionierten Zahnlücke versehen ist, dass das Nockenstück über die die Außenverzahnung der Trägerwelle von einer axialen Seite überdeckenden Zentrierungsvorsprünge der Trägerwelle hinweg auf die Außenverzahnung aufschiebbar ist.
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Bei derartigen Nockenwellen können hinsichtlich der Trägerwelle jedoch insbesondere folgende Probleme auftreten. Einerseits kann der Sperrkörper, der vorzugsweise als Kugel ausgeformt ist, unter bestimmten Voraussetzungen mit seinem Mittelpunkt oberhalb der Kante der Hülse sein, so dass es bei der Verschiebung des Nockenstücks zu einem Klemmen des Nockenstücks kommen kann. Andererseits kann die Hülse mit ihrem oberen Rand relativ weit aus der Bohrung in der Trägerwelle herausragen, wodurch die Hülse die jeweiligen Zahnlücken in der Zahnwelle verschließt. Das Nockenstück kann folglich nicht mehr montiert werden.
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Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die aus dem Stand der Technik bekannten Nachteile zu beheben und insbesondere eine mehrteilige Nockenwelle zur Verfügung zu stellen, deren Fertigung und Montage vereinfacht werden sollen.
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Dies wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass der Innendurchmesser des Mittelstegs größer als der Fußkreisdurchmesser der Innenverzahnung ist.
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Das Vorsehen der Zahnlücke gewährleistet somit eine Montage des Nockenstücks auf der Trägerwelle, trotz eines Herausragens der Hülse aus der Trägerwelle. Dadurch kann die Hülse wiederum in radialer Richtung mit ihrem äußeren Ende so weit wie möglich nach außen verlagert werden und die zumindest zwei Arretiernuten können besonders tief ausgestaltet sein. Durch das radiale Versetzen der Arretiernuten ist idealerweise kein zusätzlicher Entgratprozess beim Herstellen der Arretiernut notwendig. Zuvor war es häufig notwendig, die Randbereiche der jeweiligen Nut, ergo den zwischen zwei Nuten enthaltenen Mittelsteg, durch eine Räumnadel zu bearbeiten, insbesondere mit zu verzahnen. Dieser Bearbeitungsschritt kann nun entfallen.
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Weitere vorteilhafte Ausführungsformen sind in den Unteransprüchen beansprucht und nachfolgend näher erläutert.
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Weist die Hülse einen Endabschnitt auf, der in radialer Richtung aus der Mantelfläche eines sich im Querschnitt kreisrund erstreckenden Wellenabschnitts der Trägerwelle heraussteht, so wird der Sperrkörper in radialer Richtung noch weiter hinaus verlagert. Dies ermöglicht ein Fertigen mit größeren Toleranzen.
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Überragt die den Sperrkörper führende Hülse den Fußkreis der Außenverzahnung radial nach außen, ist der Sperrkörper durch eine konstruktiv relativ einfache Maßnahme möglichst weit nach außen verlagerbar, was sich positiv auf das Abstimmen der Einzelteile aufeinander auswirkt.
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Durch die zwei axial nebeneinander angeordneten und durch den Mittelsteg getrennten Arretiernuten ist eine Sperrkontur umgesetzt, die besonders kostengünstig herstellbar ist.
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Da der Innendurchmesser des (verzahnungsfreien) Mittelstegs größer als der Fußkreisdurchmesser der Innenverzahnung ist, kann der Nutdurchmesser vergrößert werden und der Sperrkörper weiter herausstehen.
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Ist die Innenverzahnung mit zumindest einem Zahnlückenpaar ausgeführt, wobei die beiden Zahnlücken des Zahnlückenpaars durch einen zwischen ihnen angeordneten Zahn in Umfangsrichtung räumlich voneinander getrennt sind, ergibt sich eine besonders geeignete Struktur am Nockenstück zum Aufschieben über die Struktur der Hülse hinweg.
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Somit ist es weiterhin besonders vorteilhaft, wenn jede Zahnlücke des Zahnlückenpaars geometrisch auf einen durch den Endabschnitt ausgebildeten Vorsprung abgestimmt ist.
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Sind drei oder vier Zahnlückenpaare in Umfangsrichtung gleichmäßig verteilt an der Innenverzahnung angeordnet, können mehrere Nockenstücke Gleichteile einer Nockenwelle eines Drei- bzw. Vierzylindermotors bilden.
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Auch ist es von Vorteil, wenn der Sperrkörper als Kugel ausgebildet ist, die in der (eingepressten und/oder verstemmten) Hülse verschiebbar sowie in radialer Richtung nach au-ßen vorgespannt angeordnet ist. Dadurch ist der Aufbau des Arretiermechanismus besonders kostengünstig herstellbar.
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Des Weiteren betrifft die Erfindung einen Ventiltrieb für eine Verbrennungskraftmaschine eines Kraftfahrzeugs, mit einer erfindungsgemäßen Nockenwelle.
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Die Erfindung wird nun nachfolgend anhand von Figuren näher erläutert. Es zeigen:
- 1 eine Querschnittsdarstellung einer erfindungsgemäßen mehrteiligen Nockenwelle nach einem ersten Ausführungsbeispiel, wobei die Nockenwelle im Bereich eines solchen Arretiermechanismus geschnitten ist, der zum Festlegen einer Verschiebestellung eines Nockenstücks relativ zu einer Trägerwelle der Nockenwelle dient, und wobei ein Sperrkörper des Arretiermechanismus bereits in eine Arretiernut in dem Nockenstück eingeschoben ist,
- 2 eine perspektivische Darstellung der in 1 eingesetzten Trägerwelle, wobei besonders gut die Anordnung des Arretiermechanismus samt des Sperrkörpers sowie Hülse seitlich versetzt zu einer Außenverzahnung erkennbar ist,
- 3 eine stirnseitige Darstellung der Trägerwelle nach 2, wobei die Anordnung der in radialer Richtung nach außen abstehenden Hülse relativ zu der Außenverzahnung gut erkennbar ist,
- 4 eine perspektivische Darstellung des in Längsrichtung geschnittenen Nockenstücks, wie es aus 1 bekannt ist, wobei der Augenmerk zum einen auf ein Zahnlückenpaar, das an einer Innenverzahnung des Nockenstücks eingebracht ist und zum anderen auf zwei die jeweilige Verschiebestellung des Nockenstücks relativ zur Trägerwelle festlegende Arretiernuten an einer Innenseite des Nockenstücks gelegt ist,
- 5 eine perspektivische Darstellung des ungeschnittenen Nockenstücks gem. 4,
- 6 eine stirnseitige Darstellung des Nockenstücks gem. der 4 und 5, die zwei in der Innenverzahnung eingebrachte Zahnlückenpaare, die um 180° zueinander versetzt angeordnet sind, erkennen lässt, und
- 7 eine stirnseitige Darstellung eines Nockenstücks, das nach einem weiteren bevorzugten zweiten Ausführungsbeispiel so ausgeführt ist, dass insgesamt vier Zahnlückenpaare, jeweils um 90° zueinander versetzt, in der Innenverzahnung des Nockenstücks vorhanden sind.
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Die Figuren sind lediglich schematischer Natur und dienen ausschließlich dem Verständnis der Erfindung. Die gleichen Elemente sind mit denselben Bezugszeichen versehen. Merkmale der einzelnen Ausführungsbeispiele sind untereinander austauschbar.
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In 1 ist eine erfindungsgemäße mehrteilige Nockenwelle 1 im Querschnitt veranschaulicht. Die Nockenwelle 1 ist als Schiebenockenwelle ausgeführt. Insbesondere ist in dieser Abbildung eine Trägerwelle 2 erkennbar, die in ein Durchgangsloch eines Nockenstücks 3 hineinragt. Das Nockenstück 3 weist eine Innenverzahnung 4 auf, die in eine Außenverzahnung 5 der Trägerwelle 2 eingreift. Die Innenverzahnung 4 und die Außenverzahnung 5 sind so aufeinander abgestimmt, dass das Nockenstück 3 in axialer Richtung in Bezug auf die Längsachse 20 der Trägerwelle 2 verschiebbar ist, jedoch gleichzeitig drehfest mit der Trägerwelle 2 verbunden ist.
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Ein Arretiermechanismus 6 legt das Nockenstück 3 in Richtung der Längsachse 20 relativ zur Trägerwelle 2 in zwei unterschiedlichen Verschiebestellungen fest.
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Die Trägerwelle 2 ist besonders gut in 2 zu erkennen und weist einen ersten Wellenabschnitt 21 auf, der die Außenverzahnung 5 ausbildet. Die Trägerwelle 2 weist auch einen zweiten unverzahnten Wellenabschnitt 12 auf, der eine vorsprungfreie Mantelfläche 11 aufweist, die im Querschnitt gesehen kreisrund ausgeführt ist. Die beiden Wellenabschnitte 21, 12 der Trägerwelle 2 schließen in axialer Richtung aneinander an.
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Der Arretiermechanismus 6 befindet sich in einer Querbohrung 22 im zweiten Wellenabschnitt 12 und umfasst eine in der Querbohrung 22 befestigte Hülse 10, einen darin längsbeweglich geführten und als Kugel ausgebildeten Sperrkörper 7 und eine Druckfeder 17, die zwischen einem Grund der Querbohrung 22 und dem Sperrkörper 7 eingespannt ist. Ein äußerer Endabschnitt 16 der Hülse 10 steht gegenüber der Mantelfläche 11 hervor. Von einer axialen Seite der Trägerwelle 2 gesehen, wie in 3 dargestellt, überdeckt der Endabschnitt 16 die Außenverzahnung 5, so dass die Hülse 10 den Fußkreis der Außenverzahnung 5 überragt.
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Der Sperrkörper 7 wirkt mit zwei in der 4 zu erkennenden Arretiernuten 8a bzw. 8b in der jeweiligen Verschiebestellung des Nockenstücks 3 relativ zur Trägerwelle 2 zusammen. Die beiden Arretiernuten 8a, 8b sind, in axialer Richtung gesehen, durch einen Mittelsteg 23 voneinander getrennt und nebeneinander angeordnet. In einer ersten Verschiebestellung des Nockenstücks 3 relativ zur Trägerwelle 2 ist der Sperrkörper 7 in die erste Arretiernut 8a eingerastet. In einer zweiten, axial zu der ersten Verschiebestellung versetzt angeordneten zweiten Verschiebestellung des Nockenstücks 3 relativ zur Trägerwelle 2 ist der Sperrkörper 7 in die zweite Arretiernut 8b eingefahren. Somit ergibt sich eine Änderung der axialen Position vom Nockenstück 3 relativ zur Trägerwelle 2, sodass unterschiedliche Nockenbereiche 19 mit unterschiedlichen Nockenerhebungen bzw. versetzt zueinander angeordneten Nockenerhebungen (siehe 5) mit einem jeweiligen Gaswechselventil der Verbrennungskraftmaschine zusammenwirken. Der Innendurchmesser des Mittelstegs 23 ist größer als der Fußkreisdurchmesser der Innenverzahnung 4.
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Erfindungsgemäß ist, wie in den 4 und 6 verdeutlicht, zumindest eine Zahnlücke 9, nämlich ein Zahnlückenpaar 13 mit einer ersten Zahnlücke 9a sowie einer zweiten Zahnlücke 9b in der Innenverzahnung 4, vorhanden. Dieses Zahnlückenpaar 13 ist auf die Erstreckung der Hülse 10 abgestimmt, wobei das Nockenstück 3 von einer der Außenverzahnung 5 abgewandten axialen Seite der Mantelfläche 11 aus über die Hülse 10 hinweg auf die Außenverzahnung 5 aufschiebbar ist. Somit wird die Innenverzahnung 4 im Bereich der Zahnlücken 9a und 9b ausgespart, was dazu führt, dass das Nockenstück 3 ohne Auftreffen auf einen Anschlag an der Hülse 10 auf die Trägerwelle 2 aufgeschoben werden kann.
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Die beiden einzelnen Zahnlücken 9a und 9b des Zahnlückenpaars 13 sind mittels eines einzelnen Mittelzahns 14 geometrisch voneinander getrennt. Zum Aufschieben des Nockenstücks 3 auf die Trägerwelle 2 wird dann die jeweilige Zahnlücke 9a und 9b fluchtend zu einem der Vorsprünge 15 ausgerichtet, wobei der Mittelzahn 14 zwischen den Zahnlücken 9a und 9b, im Bereich der (eine Radiallinie ausbildenden) Kugelmittelachse 18 ausgerichtet wird. Da der Endabschnitt 16 im Bereich dieser Kugelmittelachse 18 am wenigsten in radialer Richtung nach außen absteht, ist es nicht notwendig, den Mittelzahn 14 dort ebenfalls auszusparen. Der Sperrkörper 7 lässt sich aufgrund seiner Einfahrbarkeit in die Hülse 10 hinein beim Aufschieben des Nockenstücks 3 auf der Trägerwelle 2 in radialer Richtung nach innen verschieben, sodass das Nockenstück 3 ungehindert aufgeschoben werden kann.
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In 6 ist das Augenmerk darauf gelegt, dass in dieser Ausführungsform nicht nur ein Zahnlückenpaar 13, sondern sogar zwei Zahnlückenpaare 13 an der Innenverzahnung 4 vorgesehen sind. Die beiden Zahnlückenpaare 13 sind im Wesentlichen gleich ausgebildet und in Umfangsrichtung um 180° versetzt zueinander angeordnet. Dies ermöglicht insbesondere die Herstellung der Nockenstücke 3 als Gleichteile, wobei das jeweilige Nockenstück 3 dann um 180° versetzt zum anderen auf der Trägerwelle 2 montiert werden kann.
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Diesbezüglich, wie in 7 angedeutet, ist es jedoch auch möglich, prinzipiell mehr als zwei Zahnlückenpaare 13, besonders bevorzugt vier Zahnlückenpaare 13, vorzusehen, wodurch die Nockenwelle 1 auch besonders gut für einen Vierzylindermotor geeignet ist. Der übrige Aufbau und die übrige Funktionsweise des in Verbindung mit 7 angedeuteten zweiten Ausführungsbeispiels entsprechen dem ersten Ausführungsbeispiel.
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Es ist somit erfindungsgemäß vorgeschlagen, ein Nockenstück 3 mit umfänglich ungleichmäßig verteilten Zähnen 9 einzusetzen. Mit anderen Worten: Gegenüber einer herkömmlichen Innenverzahnung mit umfänglich gleichmäßig verteilten Zähnen werden bei dem Nockenstück 3 zumindest im Umfangsbereich der Arretierbohrung 22 die Zähne weggelassen. Das Nockenstück 3 hat somit nur 20 bzw. 22 statt der gewohnten 24 Zähne. Mit dieser Lösung kann das Nockenstück 3 immer problemlos montiert werden. An den Stellen, an denen es zum Kontakt zwischen der Innenverzahnung 4 am Nockenstück 3 und der ausgehenden Hülse 10 gekommen wäre, befinden sich jetzt keine Zähne mehr. Ebenfalls kann es zu keinem Klemmen zwischen dem als Kugel ausgebildeten Sperrkörper 7 und der Hülse 10 mehr kommen. Die Hülse 10 kann durch die fehlenden Zähne weiter herausstehen und dadurch ist sichergestellt, dass der als Kugel ausgebildete Sperrkörper 7 mit dem Mittelpunkt immer unterhalb der oberen Kante der Hülse 10 ist.
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Ein weiterer Vorteil der fehlenden Zähne ist, dass die Arretiernuten 8a, 8b im Nockenstück 3 in radialer Richtung nach außen versetzt werden können. Durch das radiale Versetzen der Arretiernut 8a, 8b ist kein zusätzlicher Entgratprozess in der Nut 8a, 8b mehr notwendig.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Nockenwelle
- 2
- Trägerwelle
- 3
- Nockenstück
- 4
- Innenverzahnung
- 5
- Außenverzahnung
- 6
- Arretiermechanismus
- 7
- Sperrkörper
- 8a
- erste Arretiernut
- 8b
- zweite Arretiernut
- 9
- Zahnlücke
- 9a
- erste Zahnlücke
- 9b
- zweite Zahnlücke
- 10
- Hülse
- 11
- Mantelfläche
- 12
- Wellenabschnitt / zweiter Wellenabschnitt
- 13
- Zahnlückenpaar
- 14
- Mittelzahn
- 15
- Vorsprung
- 16
- Endabschnitt
- 17
- Druckfeder
- 18
- Kugelmittelachse
- 19
- Nockenbereich
- 20
- Längsachse
- 21
- erster Wellenabschnitt
- 22
- Querbohrung
- 23
- Mittelsteg
