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Die Erfindung betrifft einen Ventiltrieb für eine Brennkraftmaschine, der eine um eine Drehachse drehbar gelagerte Grundnockenwelle aufweist, mit der ein bezüglich der Grundnockenwelle in axialer Richtung bezüglich der Drehachse verlagerbarer Nockenträger über eine Verzahnung drehmomentübertragend verbunden ist, wobei die Grundnockenwelle eine Außenverzahnung und der Nockenträger eine mit der Außenverzahnung in Eingriff stehende Innenverzahnung aufweist.
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Aus dem Stand der Technik ist beispielsweise die Druckschrift
DE 10 2008 064 340 A1 bekannt. Diese beschreibt einen Ventiltrieb für Gaswechselventile einer Brennkraftmaschine, mit einer Grundnockenwelle und mehreren auf der Grundnockenwelle axial verschiebbaren und radial geführten Nockenträgern, wobei die Grundnockenwelle für jeden Nockenträger mindestens einen Außenverzahnungsabschnitt und jeder Nockenträger mindestens einen Innenverzahnungsabschnitt aufweist, der mit dem Außenverzahnungsabschnitt der Grundnockenwelle im Zahneingriff steht, und wobei die Grundnockenwelle zwischen benachbarten Außenverzahnungsabschnitten zylindrische Wellenabschnitte aufweist. Es ist vorgesehen, dass jeder Nockenträger auf mindestens einem der zylindrischen Wellenabschnitte radial geführt ist.
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Weiterhin beschreibt die Druckschrift
DE 10 2010 055 056 A1 einen Ventiltrieb für Gaswechselventile einer Brennkraftmaschine mit mindestens einer um eine Drehachse drehbaren Grundnockenwelle, die eine Außenverzahnung aufweist, und mindestens einem in Bezug zur Grundnockenwelle axial verschiebbaren Nockenträger, der eine mit der Außenverzahnung kämmende Innenverzahnung sowie mindestens einen Nocken aufweist. Zur Beseitigung oder Minderung von störenden Geräuschen infolge von Anlagewechsein der Verzahnungen ist vorgesehen, dass ein Spiel zwischen der Innenverzahnung und der Außenverzahnung in einem radial einwärts vom Nocken gelegenen ersten Umfangsabschnitt sowie in einem dazu entgegengesetzten zweiten Umfangsabschnitt kleiner ist als in einem dritten und vierten Umfangsabschnitt, die zwischen dem ersten und dem zweiten Umfangsabschnitt angeordnet sind.
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Es ist Aufgabe der Erfindung, einen Ventiltrieb für eine Brennkraftmaschine vorzuschlagen, welche gegenüber bekannten Ventiltrieben Vorteile aufweist, insbesondere einen geräuscharmen Betrieb ermöglicht.
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Dies wird erfindungsgemäß mit einem Ventiltrieb für eine Brennkraftmaschine mit den Merkmalen des Anspruchs 1 erzielt. Dabei ist vorgesehen, dass die Verzahnung in Umfangsrichtung gesehen einen einzigen Durchmesserzentrierungsbereich und einen einzigen, dem Durchmesserzentrierungsbereich bezüglich der Drehachse gegenüberliegenden Flankenzentrierungsbereich aufweist, wobei der Flankenzentrierungsbereich auf einer einem Scheitelpunkt eines auf dem Nockenträger angeordneten Ventilbetätigungsnockens zugewandten Seite der Drehachse ausgebildet ist und die Verzahnung derart ausgebildet ist, dass in dem Durchmesserzentrierungsbereich eine Zentrierung von Grundnockenwelle und Nockenträger mittels Durchmesserzentrierung und in dem Flankenzentrierungsbereich mittels Flankenzentrierung vorliegt.
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Der Ventiltrieb ist beispielsweise der Brennkraftmaschine zugeordnet oder bildet einen Bestandteil derselben. Die Brennkraftmaschine dient bevorzugt dem Antreiben eines Kraftfahrzeugs, insoweit also dem Bereitstellen eines auf das Antreiben des Kraftfahrzeugs gerichteten Antriebsdrehmoments. Der Ventiltrieb weist die Grundnockenwelle auf, welche um die Drehachse drehbar gelagert ist. Auf der Grundnockenwelle ist der Nockenträger angeordnet und mit der Grundnockenwelle drehmomentübertragend verbunden. Das bedeutet, dass der Nockenträger in Umfangsrichtung bezüglich der Grundnockenwelle festgesetzt ist. Bevorzugt ist der Nockenträger bezüglich der Grundnockenwelle in axialer Richtung verlagerbar. Der Nockenträger kann insoweit mehrere voneinander verschiedene Axialpositionen bezüglich der Grundnockenwelle einnehmen. Eine Verlagerung des Nockenträgers bezüglich der Grundnockenwelle in axialer Richtung wird beispielsweise mittels einer entsprechenden Stelleinrichtung durchgeführt.
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Dem Nockenträger ist wenigstens ein Nocken beziehungsweise Ventilbetätigungsnocken zugeordnet. Vorzugsweise liegen mehrere Ventilbetätigungsnocken vor, welche auf dem Nockenträger angeordnet sind. Der Ventilbetätigungsnocken beziehungsweise die Ventilbetätigungsnocken können separat von dem Nockenträger ausgebildet und an diesem befestigt sein. Alternativ können sie selbstverständlich einstückig und/oder materialeinheitlich mit dem Nockenträger ausgeführt sein. Der Ventilbetätigungsnocken beziehungsweise jeder der Ventilbetätigungsnocken dient der Betätigung jeweils wenigstens eines Gaswechselventils der Brennkraftmaschine. Insoweit im Rahmen dieser Beschreibung lediglich auf den Ventilbetätigungsnocken eingegangen wird, so sind die Ausführungen stets auf jeden der mehreren Ventilbetätigungsnocken übertragbar. Der Ventilbetätigungsnocken kann eine Exzentrizität aufweisen, welche der Betätigung des dem Ventilbetätigungsnocken zugeordneten Gaswechselventils der Brennkraftmaschine bei einem bestimmten Drehwinkel der Grundnockenwelle dient.
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Der Ventilbetätigungsnocken läuft gemeinsam mit der Grundnockenwelle um, sodass das jeweilige Gaswechselventil der Brennkraftmaschine zumindest einmal pro Umdrehung der Grundnockenwelle von dem zugeordneten Ventilbetätigungsnocken beziehungsweise dessen Exzentrizität betätigt wird. Der Ventilbetätigungsnocken wirkt dabei mit einem Ventilbetätigungselement zusammen, indem er mit diesem in Anlagekontakt tritt. Das Ventilbetätigungselement ist beispielsweise als Schlepphebel, insbesondere als Rollenschlepphebel, ausgebildet. Der Ventilbetätigungsnocken kann alternativ auch als sogenannter Nullhubnocken und insoweit ohne Exzentrizität ausgeführt sein. Ein derartiger Nullhubnocken kann beispielsweise zur Zylinderabschaltung eingesetzt werden. Der Nullhubnocken ist derart ausgestaltet, dass er über eine vollständige Umdrehung der Grundnockenwelle hinweg keine Betätigung des entsprechenden Ventilbetätigungsnockens bewirkt.
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Im Falle der axialen Verlagerbarkeit des Nockenträgers bezüglich der Grundnockenwelle sind dem Nockenträger mehrere Ventilbetätigungsnocken zugeordnet. Die dem Nockenträger zugeordneten Ventilbetätigungsnocken können unterschiedlichen Nockengruppen zugeordnet sein. Die Ventilbetätigungsnocken einer Nockengruppe unterscheiden sich beispielsweise hinsichtlich der Winkellage ihrer Exzentrizität und/oder der Erstreckung derselben in radialer Richtung (Höhe) und/oder in Umfangsrichtung (Länge), jeweils bezüglich der Drehachse der Grundnockenwelle.
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Durch das axiale Verlagern des Nockenträgers kann dieser in wenigstens zwei unterschiedliche Axialpositionen, beispielsweise in die erste und die zweite Axialposition, gebracht werden. In der ersten Axialposition wird das Gaswechselventil von einem ersten der Ventilbetätigungsnocken und in der zweiten Axialposition von einem zweiten der Ventilbetätigungsnocken betätigt, welche derselben Nockengruppe zugeordnet sind. Einer der Ventilbetätigungsnocken der Nockengruppe kann auch als Nullhubnocken ausgestaltet sein.
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Die Ventilbetätigungsnocken, welche derselben Nockengruppe zugeordnet sind, sind vorzugsweise unmittelbar nebeneinander angeordnet, liegen also beispielsweise aneinander an. Durch die Verlagerung des Nockenträgers können somit insbesondere der Öffnungszeitpunkt, die Öffnungsdauer und/oder der Hub des Gaswechselventils, insbesondere in Abhängigkeit von einem Betriebszustand der Brennkraftmaschine, ausgewählt und eingestellt werden.
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Das Verschieben beziehungsweise Verlagern des Nockenträgers in axialer Richtung erfolgt mithilfe einer Stelleinrichtung, die eine dem Nockenträger zugeordnete Schaltkulisse und einen ortsfest angeordneten Aktuator, üblicherweise ortsfest bezüglich eines Zylinderkopfs der Brennkraftmaschine, umfasst. Der Aktuator verfügt zum Beispiel über einen ausfahrbaren Mitnehmer, der sich mit wenigstens einer beispielsweise schrauben- oder spiralförmigen Kulissenbahn der Schaltkulisse in Eingriff bringen lässt. Die wenigstens eine Kulissenbahn ist an der Schaltkulisse vorgesehen beziehungsweise in dieser ausgebildet.
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Die Kulissenbahn liegt entlang eines Verlaufs einer vorzugsweise, jedoch nicht notwendigerweise stetigen Kurvenbahn vor und weist eine bestimmte Breite auf, welche insbesondere auf die Breite des Mitnehmers des Aktuators abgestimmt ist. Üblicherweise ist die wenigstens eine Kulissenbahn geringfügig breiter als der Mitnehmer, sodass ein problemloses Durchlaufen durch den Mitnehmer möglich ist. Die Kulissenbahn liegt beispielsweise als Radialnut vor, welche den Umfang der Schaltkulisse durchgreift, also randoffen in dieser ausgebildet ist. Die Kurvenbahn liegt beispielsweise zentral in der Kurvenwand vor und ist eine Linie im mathematischen Sinn. Diese Linie kann sich aus mehreren Linienabschnitten zusammensetzen.
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Der Ventilbetätigungsnocken wird, während er der Betätigung des jeweiligen Gaswechselventils dient, von dem Gaswechselventil beziehungsweise dem Ventilbetätigungselement mit einer Kraft beaufschlagt. Aufgrund der Exzentrizität des Ventilbetätigungsnockens bewirkt diese Kraft zumindest zeitweise ein Drehmoment bezüglich der Drehachse. Weil die Verzahnung nicht vollständig spielfrei ist, um die Verlagerung des Nockenträgers in axialer Richtung zu ermöglichen, kann es bei einem Wechsel der Wirkrichtung dieses Drehmoments zu einer unerwünschten Geräuschbildung kommen, weil der Nockenträger in Umfangsrichtung eine Ausweichbewegung durchführt. Der Wechsel der Wirkrichtung kann auch als Lastwechsel bezeichnet werden.
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Um diesem Problem zu begegnen, könnte ein Verdrehflankenspiel der Verzahnung, also ein Spiel der Innenverzahnung und der Außenverzahnung zueinander, reduziert werden. Eine solche Vorgehensweise ist jedoch äußerst kostenintensiv. Zudem muss sichergestellt werden, dass der Nockenträger in axialer Richtung bezüglich der Grundnockenwelle einfach verlagerbar ist. Alternativ könnte die Koaxialität der Innenverzahnung und der Au-ßenverzahnung erhöht werden, um das Spiel in Umfangsrichtung zu reduzieren. Hierdurch tritt jedoch eine Verschlechterung des Grundkreisschlags des Ventilbetätigungsnockens auf.
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Aus diesem Grund weist die Verzahnung in Umfangsrichtung gesehen den Durchmesserzentrierungsbereich und den Flankenzentrierungsbereich auf. In Umfangsrichtung gesehen grenzen der Durchmesserzentrierungsbereich und der Flankenzentrierungsbereich beispielsweise wenigstens einseitig, vorzugsweise jedoch beidseitig, unmittelbar aneinander an oder sind jeweils über einen Übergangsbereich miteinander verbunden. Der Durchmesserzentrierungsbereich und der Flankenzentrierungsbereich können jedoch auch in Umfangsrichtung beidseitig voneinander beabstandet angeordnet sein. Erfindungsgemäß liegen lediglich ein einziger Durchmesserzentrierungsbereich und ein einziger Flankenzentrierungsbereich vor, welche sich bezüglich der Drehachse der Grundnockenwelle gegenüberliegen.
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Sowohl die Innenverzahnung als auch die Außenverzahnung sind der Verzahnung zugeordnet. Die Verzahnung kann auch als Verzahnungsverbindung bezeichnet werden. Die Verzahnung ist derart ausgebildet, dass eine Zentrierung von Grundnockenwelle und Nockenträger gegeneinander beziehungsweise von Außenverzahnung und Innenverzahnung gegeneinander in dem Durchmesserzentrierungsbereich aufgrund Durchmesserzentrierung und in dem Flankenzentrierungsbereich aufgrund Flankenzentrierung erfolgt. Unter der Durchmesserzentrierung ist zu verstehen, dass ein Kopfkreis der Außenverzahnung oder der Innenverzahnung an einem Fußkreis der jeweils anderen Verzahnung zentrierend anliegt. Zumindest in dem Bereich, in welchem dies der Fall ist, sollen Flanken der Außenverzahnung von Flanken der Innenverzahnung in Umfangsrichtung beabstandet angeordnet sein, sodass also in dem Durchmesserzentrierungsbereich keine Flankenzentrierung erfolgt.
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Bei der Flankenzentrierung wird hingegen eine Zentrierung von Grundnockenwelle und Nockenträger durch das Anliegen von Flanken der Außenverzahnung und der Innenverzahnung aneinander erzielt. In dem Flankenzentrierungsbereich soll vorzugsweise die Zentrierung ausschließlich durch Flankenzentrierung erfolgen, sodass in dem Flankenzentrierungsbereich der Kopfkreis der Außenverzahnung von dem Fußkreis der Innenverzahnung und der Kopfkreis der Innenverzahnung von dem Fußkreis der Außenverzahnung beabstandet angeordnet sind, sodass keine Durchmesserzentrierung erfolgt.
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Bevorzugt ist es nun vorgesehen, dass die Flankenzentrierung insbesondere dort realisiert ist, wo es aufgrund des Lastwechsels zu einer Drehbewegung von Nockenträger und Grundnockenwelle und mithin der beschriebenen Geräuschbildung kommen kann. Mithilfe der Flankenzentrierung wird in dem relevanten Bereich das Spiel in Umfangsrichtung reduziert beziehungsweise eliminiert, sodass die unerwünschte Geräuschbildung unterbunden wird. Der Durchmesserzentrierungsbereich dient hingegen einer einfachen und kostengünstig realisierbaren Zentrierung bei gleichzeitig möglichst kleinem Grundkreisschlag des Ventilbetätigungsnockens.
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Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass die Verzahnung von Verzahnungsparametern definiert ist, wobei zur Bereitstellung des Durchmesserzentrierungsbereichs und des Flankenzentrierungsbereichs einer der Verzahnungsparameter in dem Durchmesserzentrierungsbereich einen ersten Parameterwert und in dem Flankenzentrierungsbereich einen von dem ersten Parameterwert verschiedenen zweiten Parameterwert aufweist. Die Innenverzahnung und die Außenverzahnung sind zur Drehmomentübertragung zwischen der Grundnockenwelle und dem Nockenträger beziehungsweise umgekehrt ausgebildet und greifen hierzu ineinander ein.
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Vorzugsweise sind die Innenverzahnung und die Außenverzahnung mit denselben Verzahnungsparametern ausgestaltet und weichen lediglich hinsichtlich des einen Verzahnungsparameters voneinander ab, indem der Verzahnungsparameter in dem Durchmesserzentrierungsbereich den ersten Parameterwert und in dem Flankenzentrierungsbereich den zweiten Parameterwert aufweist. Hierdurch ist ein hervorragendes Zusammenspiel von Außenverzahnung und Innenverzahnung zur Drehmomentübertragung zwischen der Grundnockenwelle und dem Nockenträger sichergestellt.
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Eine weitere Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass die Verzahnung von den folgenden Verzahnungsparametern definiert ist: Fußkreisdurchmesser der Außenverzahnung, Kopfkreisdurchmesser der Außenverzahnung, Fußkreisdurchmesser der Innenverzahnung und Kopfkreisdurchmesser der Innenverzahnung. Wie bereits vorstehend erläutert, unterscheiden sich die Innenverzahnung und die Außenverzahnung lediglich hinsichtlich eines dieser Parameter, welcher in dem Durchmesserzentrierungsbereich den ersten Parameterwert und in dem Flankenzentrierungsbereich den zweiten Parameterwert aufweist. Beispielsweise unterscheiden sich die Innenverzahnung und die Außenverzahnung lediglich hinsichtlich des Fußkreisdurchmessers der Innenverzahnung, also des Nockenträgers.
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In dem Flankenzentrierungsbereich wird der Fußkreisdurchmesser der Au-ßenverzahnung so groß gewählt, dass der Kopfkreis der Außenverzahnung den Fußkreis der Innenverzahnung nicht erreichen kann, sondern dass vielmehr stets die Flankenzentrierung realisiert ist. In dem Durchmesserzentrierungsbereich ist der Fußkreisdurchmesser der Außenverzahnung hingegen kleiner als in dem Flankenzentrierungsbereich, insbesondere derart klein, dass bei einer Kraftbeaufschlagung des Nockenträgers in Richtung der Grundnockenwelle in dem Durchmesserzentrierungsbereich die Durchmesserzentrierung vorliegt.
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Eine bevorzugte weitere Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass der Durchmesserzentrierungsbereich und der Flankenzentrierungsbereich über wenigstens einen Übergangsbereich ineinander übergehen, wobei in dem Übergangsbereich der eine der Verzahnungsparameter einen stetigen Übergang von dem ersten Parameterwert zu dem zweiten Parameterwert oder umgekehrt aufweist. Über den Durchmesserzentrierungsbereich und den Flankenzentrierungsbereich ist der Verzahnungsparameter jeweils vorzugsweise konstant, entspricht also in dem Durchmesserzentrierungsbereich stets dem ersten Parameterwert und in dem Flankenzentrierungsbereich stets dem zweiten Parameterwert.
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Um einen abrupten Übergang zwischen den Verzahnungsparametern des Durchmesserzentrierungsbereichs und des Flankenzentrierungsbereichs zu vermeiden, liegt zwischen dem Durchmesserzentrierungsbereich und dem Flankenzentrierungsbereich der wenigstens eine Übergangsbereich vor. Der wenigstens eine Übergangsbereich kann Bestandteil des Durchmesserzentrierungsbereichs oder des Flankenzentrierungsbereichs sein oder von diesen separat vorliegen. Bevorzugt sind zwei Übergangsbereiche vorgesehen, welche den Durchmesserzentrierungsbereich und den Flankenzentrierungsbereich auf gegenüberliegenden Seiten miteinander verbinden. Einer der Übergangsbereiche erstreckt sich also von einer Seite des Durchmesserzentrierungsbereichs bis hin zu einer Seite des Flankenzentrierungsbereichs, wohingegen sich ein zweiter der Übergangsbereiche von einer zweiten Seite des Durchmesserzentrierungsbereichs bis hin zu einer zweiten Seite des Flankenzentrierungsbereichs erstreckt.
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Die beiden Übergangsbereiche schließen sich jeweils einerseits unmittelbar an den Durchmesserzentrierungsbereich und andererseits unmittelbar an den Flankenzentrierungsbereich an. In Umfangsrichtung gesehen liegen also lediglich der Durchmesserzentrierungsbereich, der Flankenzentrierungsbereich und die beiden Übergangsbereiche vor. In dem wenigstens einen Übergangsbereich, bevorzugt jedoch in beiden Übergangsbereichen, ist die Verzahnung derart ausgebildet, dass der Verzahnungsparameter den stetigen Übergang zwischen den beiden Parameterwerten aufweist. Hierdurch wird ein besonders zuverlässiger Betrieb des Ventiltriebs sichergestellt.
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Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass der Fußkreisdurchmesser der Außenverzahnung, der Kopfkreisdurchmesser der Außenverzahnung und der Kopfkreisdurchmesser der Innenverzahnung über den Umfang identisch sind und der Fußkreisdurchmesser der Innenverzahnung in dem Durchmesserzentrierungsbereich einen ersten Fußkreisdurchmesserwert und im Flankenzentrierungsbereich einen von dem ersten Fußkreisdurchmesser verschiedenen zweiten Fußkreisdurchmesserwert aufweist. Hierauf wurde vorstehend bereits hingewiesen. Der erste Fußkreisdurchmesserwert entspricht dem ersten Parameterwert und der zweite Fußkreisdurchmesser dem zweiten Parameterwert. Die Innenverzahnung und die Außenverzahnung unterscheiden sich lediglich hinsichtlich des Fußkreisdurchmessers der Innenverzahnung, die weiteren Verzahnungsparameter sind für die Innenverzahnung und die Außenverzahnung in Umfangsrichtung konstant.
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Gemäß der Erfindung ist vorgesehen, dass der Flankenzentrierungsbereich auf einer einem Scheitelpunkt eines auf dem Nockenträger angeordneten Nockens zugewandten Seite der Drehachse ausgebildet ist. Unter dem Scheitelpunkt ist der Punkt des Ventilbetätigungsnockens beziehungsweise der Exzentrizität des Ventilbetätigungsnockens zu verstehen, welcher - im Querschnitt gesehen - am weitesten von der Drehachse entfernt angeordnet ist. Der Scheitelpunkt stellt einen Umkehrpunkt dar, in welchem ein Außenumfang des Ventilbetätigungsnockens seine Krümmung ändert beziehungsweise eine Krümmung von Null aufweist.
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Liegt das Ventilbetätigungselement einerseits des Scheitelpunkts an dem Nockenträger beziehungsweise dem Außenumfang an, so wird ein Drehmoment auf den Ventilbetätigungsnocken beziehungsweise den Nockenträger in eine erste Richtung bewirkt. Liegt das Ventilbetätigungselement hingegen auf einer zweiten Seite des Scheitelpunkts an dem Ventilbetätigungsnocken beziehungsweise seinem Außenumfang an, so wird ein Drehmoment in eine der ersten Richtung entgegengesetzte zweite Richtung bewirkt. Bei einem Durchlaufen beziehungsweise Überlaufen des Scheitelpunkts durch das Ventilbetätigungselement kommt es insoweit zu dem erwähnten Lastwechsel, in dessen Zuge sich die Richtung des auf den Ventilbetätigungsnocken beziehungsweise dessen Nockenträger wirkenden Drehmoments umkehrt. Dies kann zu der unerwünschten Geräuschbildung führen.
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Aus diesem Grund ist der Flankenzentrierungsbereich auf der dem Scheitelpunkt des Ventilbetätigungsnockens zugewandten Seite der Drehachse ausgebildet. Entsprechend wird zwischen dem Nockenträger und der Grundnockenwelle die Flankenzentrierung bewirkt, wenn das Ventilbetätigungselement den Scheitelpunkt durchläuft beziehungsweise überläuft. Die Flankenzentrierung eliminiert das Spiel der Verzahnung in Umfangsrichtung, sodass auf effiziente Art und Weise die Geräuschbildung vermindert ist.
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Eine weitere Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass der Durchmesserzentrierungsbereich auf einer dem Scheitelpunkt des Ventilbetätigungsnockens gegenüberliegenden Seite der Drehachse ausgebildet ist. In dem Bereich, in dem die Durchmesserzentrierung realisiert ist, erfolgt kein Lastwechsel. Entsprechend muss lediglich eine hinreichende Zentrierung von Nockenträger und Grundnockenwelle zueinander realisiert sein, was mithilfe der Durchmesserzentrierung in dem Durchmesserzentrierungsbereich umgesetzt wird.
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Eine weitere Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass der Durchmesserzentrierungsbereich und/oder der Flankenzentrierungsbereich bezüglich einer gedachten Geraden symmetrisch in Umfangsrichtung angeordnet sind. Die Erstreckung des Durchmesserzentrierungsbereichs und des Flankenzentrierungsbereichs kann hierbei in Umfangsrichtung identisch oder verschieden sein. Beispielsweise weist der Durchmesserzentrierungsbereich in Umfangsrichtung eine größere Erstreckung auf als der Flankenzentrierungsbereich, um einen hinreichenden Grundkreisschlag umzusetzen. Die symmetrische Anordnung bezüglich der gedachten Geraden ermöglicht eine besonders effiziente Reduzierung des Spiels im Bereich des Lastwechsels, sodass die Geräuschbildung wirkungsvoll reduziert ist.
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Beispielsweise schneidet eine Referenzgerade den Scheitelpunkt des Ventilbetätigungsnockens und/oder steht auf der Drehachse senkrecht. Die gedachte Gerade kann dieser Referenzgerade entsprechen oder bezüglich der Referenzgeraden angewinkelt sein. Beispielsweise schneidet die gedachte Gerade die Referenzgerade unter einem Winkel von mindestens 2,5°, mindestens 5° oder mindestens 7,5° und/oder von höchstens 10°. Die gedachte Gerade kann die Referenzgerade hierbei in einem auf der Drehachse liegenden Punkt schneiden. Bevorzugt liegt auf diese Art und Weise der Mittelpunkt des Flankenzentrierungsbereichs in Umfangsrichtung in einem Lastwechselpunkt, in welchem der vorstehend beschriebene Lastwechsel auftritt. Hiermit wird die Geräuschbildung auf effektive Art und Weise reduziert.
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Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass auf einem Außenumfang des Ventilbetätigungsnockens ein Ventilbetätigungselement abläuft, über das eine Wirkverbindung zwischen dem Ventilbetätigungsnocken und einem Gaswechselventil des Ventiltriebs vorliegt, wobei das Ventilbetätigungselement eine in Richtung der Drehachse wirkende Kraft auf den Nocken ausübt. Der Außenumfang des Ventilbetätigungsnockens weist in Umfangsrichtung vorzugsweise einen durchgehenden stetigen Verlauf auf, sodass das Ventilbetätigungselement mit möglichst geringem Widerstand in Umfangsrichtung auf dem Außenumfang ablaufen kann.
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Über das Ventilbetätigungselement ist die Wirkverbindung zwischen dem Nocken und dem Gaswechselventil hergestellt. Beispielsweise liegt es als Schlepphebel, insbesondere als Rollenschlepphebel, vor. Das Ventilbetätigungselement liegt derart an dem Außenumfang des Ventilbetätigungsnockens an, dass es die in Richtung der Drehachse wirkende Kraft auf ihn und entsprechend auch auf den Nockenträger ausübt. Diese Kraft bewirkt zumindest zeitweise das vorstehend beschriebene Drehmoment und den damit einhergehenden Lastwechsel bei dem Durchlaufen des Scheitelpunkts. Über das Ventilbetätigungselement kann auf besonders einfache und effektive Art und Weise die Wirkverbindung zwischen dem Nocken und dem Gaswechselventil hergestellt werden.
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Schließlich kann im Rahmen einer nicht beanspruchten Ausführungsform vorgesehen sein, dass die Verzahnung in axialer Richtung gesehen in einem Verzahnungsbereich vorliegt und benachbart zu dem Verzahnungsbereich ein verzahnungsloser Führungsbereich ausgebildet ist, indem eine Innenumfangsfläche des Nockenträgers an einer Außenumfangsfläche der Grundnockenwelle anliegt. Es kann lediglich ein einziger Führungsbereich einerseits des Verzahnungsbereichs ausgebildet sein. Besonders bevorzugt sind jedoch mehrere Führungsbereiche auf gegenüberliegenden Seiten des Verzahnungsbereichs ausgebildet, um eine besonders zuverlässige Führung des Nockenträgers bezüglich der Grundnockenwelle in radialer Richtung zu erzielen.
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Die radiale Führung wird durch das Anliegen der Innenumfangsfläche des Nockenträgers an der Außenumfangsfläche der Grundnockenwelle erzielt. Bevorzugt ist die Innenverzahnung des Nockenträgers durchgehend ausgebildet, wohingegen die Grundnockenwelle die Außenverzahnung lediglich in dem Verzahnungsbereich aufweist. Unter der verzahnungslosen Ausgestaltung ist insoweit zu verstehen, dass zumindest eine der Verzahnungen, also die Außenverzahnung oder die Innenverzahnung, in dem Führungsbereich unterbrochen ist oder nicht vorliegt. Hierdurch wird eine besonders zuverlässige Führung des Nockenträgers bezüglich der Grundnockenwelle erzielt.
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert, ohne dass eine Beschränkung der Erfindung erfolgt. Dabei zeigt:
- 1 eine schematische teilgeschnittene Darstellung eines Bereichs eines Ventiltriebs für eine Brennkraftmaschine, nämlich einer Grundnockenwelle sowie eines Nockenträgers des Ventiltriebs,
- 2 eine schematische Querschnittsdarstellung durch die Grundnockenwelle und den Nockenträger in einer ersten Drehwinkelstellung, sowie
- 3 eine schematische Querschnittsdarstellung der Grundnockenwelle und des Nockenträgers in einer zweiten Drehwinkelstellung.
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Die 1 zeigt eine schematische Teilschnittdarstellung eines Bereichs eines Ventiltriebs 1 für eine Brennkraftmaschine, nämlich eine Grundnockenwelle 2 und einen Nockenträger 3. Die Grundnockenwelle 2 ist bezüglich einer Drehachse 4 drehbar gelagert. Der Nockenträger 3 ist in Umfangsrichtung drehfest mit der Grundnockenwelle 2 verbunden und in axialer Richtung bezüglich der Grundnockenwelle 2 verlagerbar. Die drehmomentübertragende Verbindung zwischen dem Nockenträger 3 und der Grundnockenwelle 2 ist mittels einer Verzahnung 5 realisiert, wobei die Grundnockenwelle 2 eine Außenverzahnung 6 und der Nockenträger 3 eine in die Außenverzahnung 6 eingreifende Innenverzahnung 7 aufweist. Vorzugsweise erstreckt sich die Innenverzahnung 7 über die komplette Längserstreckung des Nockenträgers 3, wohingegen die Außenverzahnung 6 in axialer Richtung eine kleinere Erstreckung aufweist als die Innenverzahnung 7.
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Bevorzugt ist die Außenverzahnung 6 lediglich in einem Verzahnungsbereich 8 ausgebildet, an welchen sich in axialer Richtung gesehen beidseitig jeweils ein verzahnungsloser Führungsbereich 9 anschließt. Beispielsweise weist die Grundnockenwelle 2 in dem Führungsbereich 9 einen Durchmesser auf, welcher einem Fußkreisdurchmesser der Außenverzahnung 6 entspricht. Die Innenverzahnung 7 des Nockenträgers 3 kann insoweit in dem Verzahnungsbereich 8 drehmomentübertragend in die Außenverzahnung 6 eingreifen und in den Führungsbereichen 9 zur Radiallagerung des Nockenträgers 3 bezüglich der Grundnockenwelle 2 an einem Außenumfang 10 der Grundnockenwelle 2 anliegen.
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Der Nockenträger 3 weist in dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel eine Schaltkulisse 11 auf, mit welcher ein Aktuator beziehungsweise ein Mitnehmer des Aktuators zum Verlagern des Nockenträgers 3 bezüglich der Grundnockenwelle 2 in axialer Richtung zusammenwirken kann. Zusätzlich sind auf dem Nockenträger 3 mehrere Ventilbetätigungsnocken 12 angeordnet, die der Betätigung eines Gaswechselventils der Brennkraftmaschine dienen. Die Ventilbetätigungsnocken 12 weisen einen Außenumfang 13 auf, auf welchem ein Ventilbetätigungselement des Ventiltriebs 1 abläuft. Über das Ventilbetätigungselement ist eine Wirkverbindung zwischen den Ventilbetätigungsnocken 12 und dem jeweiligen Gaswechselventil hergestellt. Das Ventilbetätigungselement ist vorzugsweise federkraftbeaufschlagt und bewirkt stets eine Kraft auf den Nockenträger 3 in Richtung der Drehachse 4.
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Die 2 zeigt eine schematische Querschnittsdarstellung durch die Grundnockenwelle 2 und den Nockenträger 3 im Bereich eines der Ventilbetätigungsnocken 12. Angedeutet ist eine Kraft F, die von dem Ventilbetätigungselement auf den Nockenträger 3 aufgeprägt wird. Bei einem Durchlaufen eines hier lediglich angedeuteten Scheitelpunkts 14 findet ein Lastwechsel eines durch das Ventilbetätigungselement auf den Nockenträger 3 aufgeprägten Drehmoments statt. Liegt das Ventilbetätigungselement einerseits des Scheitelpunkts 14 an dem Außenumfang 13 an, so wirkt das Drehmoment in eine erste Richtung. Liegt hingegen das Ventilbetätigungselement auf einer der ersten Seite gegenüberliegenden zweiten Seite des Scheitelpunkts 14 vor, so wirkt das Drehmoment in eine der ersten Richtung entgegengesetzte zweite Richtung. Dieser Lastwechsel kann aufgrund eines geringen Spiels der Verzahnung 5 in Umfangsrichtung zu einer unerwünschten Geräuschbildung führen.
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Aus diesem Grund ist es vorgesehen, die Verzahnung 5 in Umfangsrichtung in einen Flankenzentrierungsbereich 15 und einen Durchmesserzentrierungsbereich 16 aufzuteilen. In dem Flankenzentrierungsbereich 15 sollen die Außenverzahnung 6 und die Innenverzahnung 7 derart ausgestaltet sein, dass eine Flankenzentrierung erfolgt, wohingegen sie in dem Durchmesserzentrierungsbereich 16 zur Realisierung einer Durchmesserzentrierung ausgebildet sind. Die Verzahnung 5, also sowohl die Außenverzahnung 6 als auch die Innenverzahnung 7, sind von verschiedenen Verzahnungsparametern definiert, nämlich beispielsweise einem Fußkreisdurchmesser der Au-ßenverzahnung 6, einem Kopfkreisdurchmesser der Außenverzahnung 6, einem Fußkreisdurchmesser der Innenverzahnung 7 und einem Kopfkreisdurchmesser der Innenverzahnung 7.
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Genau einer dieser Parameter soll nun in dem Durchmesserzentrierungsbereich 16 einen ersten Parameterwert und in dem Flankenzentrierungsbereich 15 einen von dem ersten Parameterwert verschiedenen zweiten Parameterwert aufweisen. Die weiteren der Verzahnungsparameter sollen hingegen in dem Flankenzentrierungsbereich und dem Durchmesserzentrierungsbereich 16 konstant sein. Als Parameter, welcher zwischen dem Flankenzentrierungsbereich 15 und dem Durchmesserzentrierungsbereich 16 verschieden ist, wird beispielsweise der Fußkreisdurchmesser der Innenverzahnung 7 verwendet. Entsprechend weist dieser in dem Durchmesserzentrierungsbereich 16 einen ersten Fußkreisdurchmesserwert und in dem Flankenzentrierungbereich 15 einen von dem ersten Fußkreisdurchmesserwert verschiedenen zweiten Fußkreisdurchmesser auf.
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Liegen die Grundnockenwelle 2 und der Nockenträger 3 in der dargestellten Drehwinkelstellung vor, in welcher die Kraft F auf den Scheitelpunkt 14 wirkt, so wirkt sie in dem Flankenzentrierungsbereich 15, sodass zwischen der Grundnockenwelle 2 und dem Nockenträger 3 wie dargestellt die Flankenzentrierung erfolgt. Hierzu liegen Flanken 17 der Außenverzahnung 6 an Flanken 18 der Innenverzahnung 7 an, wobei zugleich ein Kopfkreis 19 der Außenverzahnung 6 von einem Fußkreis 20 der Innenverzahnung 7 beabstandet ist. Wirkt die Kraft F also innerhalb des Flankenzentrierungsbereichs 15, so findet ausschließlich die Flankenzentrierung, nicht jedoch die Durchmesserzentrierung, statt.
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Die 3 zeigt eine schematische Querschnittsdarstellung des Ventiltriebs 1, wobei wiederum die Grundnockenwelle 2 und der Nockenträger 3 dargestellt sind, jedoch in einer zweiten Drehwinkelstellung. In dieser wirkt die Kraft F auf der dem Scheitelpunkt 14 abgewandten Seite auf den Nockenträger 3 ein. Die Kraft F liegt innerhalb des Durchmesserzentrierungsbereichs 16, sodass eine Durchmesserzentrierung, jedoch keine Flankenzentrierung erfolgt. Die Durchmesserzentrierung ist realisiert, indem der Kopfkreis 19 der Außenverzahnung 6 an dem Fußkreis 20 der Innenverzahnung 7 anliegt. Die Flanken 17 und 18 sind jedoch hingegen voneinander beabstandet angeordnet.
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Die beschriebene Ausgestaltung des Ventiltriebs 1 eliminiert ein Spiel des Nockenträgers 3 bezüglich der Grundnockenwelle 2 in Umfangsrichtung in einem Bereich, in welchem der Lastwechsel des Drehmoments aufgrund der von dem Ventilbetätigungselement auf den Nockenträger 3 aufgeprägten Kraft auftritt. Hierdurch werden unerwünschte Geräusche, die ansonsten aufgrund des Spiels in Umfangsrichtung auftreten könnten, zuverlässig vermieden.
