DE102019103591A1

DE102019103591A1 - Nockenwelle, Verbrennungsmotor und Verfahren zur Montage einer Nockenwelle

Info

Publication number: DE102019103591A1
Application number: DE102019103591.0A
Authority: DE
Inventors: Jens Schirmer
Original assignee: ThyssenKrupp AG; ThyssenKrupp Presta TecCenter AG
Current assignee: ThyssenKrupp AG; Thyssenkrupp Dynamic Components Teccenter AG
Priority date: 2019-02-13
Filing date: 2019-02-13
Publication date: 2020-08-13

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Nockenwelle (10), insbesondere Schiebenockenwelle, mit einer Grundwelle (11) und wenigstens einem Schiebenockenelement (12), das auf der Grundwelle (11) axial verschiebbar angeordnet ist und mit der Grundwelle (11) zur Übertragung eines Drehmoments drehfest verbunden ist, und wenigstens einem Nockenwellenlager (13), das auf der Grundwelle (11) angeordnet ist, wobei das Schiebenockenelement (12) und das Nockenwellenlager (13) einen gleichen Innendurchmesser (14) zum Aufschieben auf die Grundwelle (11) aufweisen, der einem maximalen, insbesondere größten, Wellenaußendurchmesser (15) der Grundwelle (11) entspricht. Ferner betrifft die Erfindung einen Verbrennungsmotor und ein Verfahren zur Montage einer Nockenwelle.

Description

Die Erfindung betrifft eine Nockenwelle, einen Verbrennungsmotor und ein Verfahren zur Montage einer Nockenwelle. Eine Nockenwelle nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 ist beispielsweise aus der DE 10 2011 078 434 A1 bekannt.
Aus dem Stand der Technik sind Schiebenockenwellen bekannt, die mittels Wälzlager in einem Zylinderkopf gelagert sind. Generell weisen Schiebenockenwellen eine Grundwelle mit einer Außenverzahnung und ein Schiebenockenelement mit einer Innenverzahnung zur Übertragung eines Drehmoments auf. Ferner dienen die Verzahnungen zur axialen Führung des Schiebenockenelements bei einem Verschiebevorgang, wobei herkömmlicherweise ein Aktuator mit dem Schiebenockenelement zusammenwirkt.
Einer solche Nockenwelle ist bspw. aus der eingangs genannten DE 10 2011 078 434 A1 bekannt. Die Nockenwelle weist eine Grundwelle und mehreren Schiebenockeneinheiten auf, wobei die Grundwelle im Bereich der jeweiligen Schiebenockeneinheit eine Außenverzahnung aufweist. Zwischen den Außenverzahnungen der Grundwelle sind verzahnungsfreie Absätze vorgesehen, an denen Wälzlager angeordnet sind. Die Absätze bilden Direktlaufflächen als Lagerinnenfläche für die Wälzlager. Die Wälzlager weisen jeweils einen Käfig mit einem Trennschlitz auf, wodurch der Käfig bei einer Montage auf die Grundwelle radial erweiterbar ist.
Nachteilig ist hierbei, dass die jeweiligen Wälzlager lediglich im zerlegten Zustand auf die Grundwelle aufschiebbar sind. Dabei wird erst der Käfig mit den eingesetzten Rollen auf den Absatz aufgeschoben und anschließend ein Lageraußenring des Wälzlagers auf den Käfig angeordnet. Ferner ist nachteilig, dass zur Drehmomentübertragung sowie zur axialen Führung des Schiebenockenelements eine Verzahnung vorgesehen ist, woraus ein erhöhter Fertigungsaufwand und somit erhöhte Herstellungskosten resultieren.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zu Grunde, eine Nockenwelle anzugeben, bei der durch eine verbesserte, konstruktive Ausgestaltung ein Fertigungs- und Montageaufwand reduziert wird und somit Herstellungskosten eingespart werden. Ferner liegt der Erfindung die Aufgabe zu Grunde, einen Verbrennungsmotor und ein Verfahren zur Montage einer Nockenwelle anzugeben.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe mit Hinblick auf die Nockenwelle durch den Gegenstand des Anspruchs 1 oder 12 gelöst. Hinsichtlich des Verbrennungsmotors und des Verfahrens zur Montage einer Nockenwelle wird die vorstehend genannte Aufgabe jeweils durch den Gegenstand des Anspruchs 13 (Verbrennungsmotor) und des Anspruchs 14 (Verfahren) gelöst.
Die Erfindung beruht auf dem Gedanken, eine Nockenwelle, insbesondere eine Schiebenockenwelle, mit einer Grundwelle und wenigstens einem Schiebenockenelement anzugeben. Das Schiebenockenelement ist auf der Grundwelle axial verschiebbar angeordnet und mit der Grundwelle zur Übertragung eines Drehmoment drehfest verbunden. Die Nockenwelle weist wenigstens ein Nockenwellenlager auf, das auf der Grundwelle angeordnet ist. Das Schiebenockenelement und das Nockenwellenlager weisen einen gleichen Innendurchmesser zum Aufschieben auf die Grundwelle auf. Der Innendurchmesser entspricht einem maximalen, insbesondere größten, Wellenaußendurchmesser der Grundwelle.
Die Erfindung hat verschiedene Vorteile. Durch die gleichen Durchmesser sind das Schiebenockenelement und das Nockenwellenlager bei einem Montagevorgang einfach und schnell auf die Grundwelle aufschiebbar. Die Innendurchmesser des Schiebenockenelements und des Nockenwellenlagers und der maximale Wellenaußendurchmesser der Grundwelle sind im Wesentlichen gleich groß. Mit anderen Worten weisen die Innendurchmesser des Schiebenockenelements und des Nockenwellenlagers sowie der maximale Wellenaußendurchmesser der Grundwelle im Wesentlichen ein gleiches Maß auf. Beim Aufschieben ist daher vorteilhaft keine Teilung des Nockenwellenlagers erforderlich, um dieses an einer entsprechenden Axialposition auf der Grundwelle anzuordnen. Ferner ist vorteilhaft das Schiebenockenelement über die Axialposition des Nockenwellenlagers schiebbar bzw. bewegbar und kann somit mit geringem Aufwand an der entsprechenden Axialposition auf der Grundwelle angeordnet werden.
Dies hat den Vorteil, dass keine spezifische konstruktive Ausgestaltung des Schiebenockenelements sowie des Nockenwellenlagers erforderlich ist, um diese auf der Grundwelle anzuordnen. Dadurch werden vorteilhaft ein Konstruktions- und Fertigungsaufwand reduziert, wodurch Herstellungskosten eingespart. Ferner können als Nockenwellenlager vorteilhaft standardisierte Lager verwendet werden, wodurch die Gesamtkosten der Nockenwelle weiter reduziert werden.
Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform sind das Schiebenockenelement und das Nockenwellenlager durch ein Aufschieben auf die Grundwelle montiert. Dies hat den Vorteil, dass das Schiebenockenelement und das Nockenwellenlager einfach und schnell auf der Grundwelle montierbar sind. Ferner ist vorteilhaft, dass Montageschritte und somit Herstellungskosten reduziert werden.
Bei einer weiteren besonders bevorzugten Ausführungsform ist das Nockenwellenlager ungeteilt ausgebildet. Mit anderen Worten kann das Nockenwellenlager in Umfangsrichtung geschlossen ausgebildet sein. Das Nockenwellenlager weist vorteilhaft keinen Schlitz bzw. eine konstruktive Trennung auf, wodurch das Nockenwellenlager elastisch verformbar bzw. erweiterbar ist. Es sind daher vorteilhaft standardisierte und somit kostengünstige Lager als Nockenwellenlager einsetzbar.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist das Nockenwellenlager durch ein Wälzlager oder ein Gleitlager gebildet. Hierbei ist vorteilhaft, dass durch den Einsatz von verschiedenen Lagertypen eine hohe Variantenvielfalt bei der Lagerung der Nockenwelle erreicht wird. Ferner stellen Wälzlager sowie Gleitlager standardisierte Lager dar, durch die die Gesamtkosten der Nockenwelle reduziert werden.
Vorzugsweise ist das Wälzlager auf der Grundwelle direktlaufend oder mit einem Innenring vorgesehen. Generell umfassen Wälzlager einen Außenring, einen Innenring und einen Käfig, der mehrere Wälzkörper trägt. Die Wälzkörper können als Rollen oder Nadeln ausgebildet sein. Der Käfig ist radial zwischen dem Außenring und dem Innenring angeordnet, wobei im Betrieb die Wälzkörper innen am Außenring und außen am Innenring abrollen. Es ist auch denkbar, dass das Wälzlager lediglich einen Außenring und einen Innenring aufweist.
Bei einer ersten Variante des Wälzlagers mit einem separaten Innenring wird das Wälzlager bei einem Montagevorgang auf die Grundwelle aufgeschoben. Das Wälzlager kann dabei über den Innenring mit der Grundwelle positionsfest verbunden sein. Mit anderen Worten kann das Wälzlager auf die Grundwelle aufgepresst oder aufgeschrumpft sein. Dies hat den Vorteil, dass keine zusätzlichen Elemente zur positionsfesten Anordnung des Wälzlagers auf der Grundwelle erforderlich sind. Der Innendurchmesser des Wälzlagers entspricht hierbei dem Innendurchmesser des separaten Innenrings.
Bei einer zweiten Variante des Wälzlagers stehen die Wälzkörper mit einer Wellenaußenoberfläche der Grundwelle in direktem Kontakt. Mit anderen Worten bildet die Grundwelle den Innenring des Wälzlagers. Die Grundwelle kann dazu wenigstens eine Direktlaufbahn aufweisen, auf der die Wälzkörper im Betrieb abrollen. Die Wälzkörper des Wälzlagers rollen somit im Betrieb auf der Wellenaußenoberfläche der Grundwelle direkt ab. Um das Wälzlager auf der Grundwelle axial zu fixieren kann wenigstens ein Haltering vorgesehen sein, der an das Wälzlager axial angrenzt.
Bei der zweiten Variante des Wälzlagers kann die Grundwelle im Bereich des Innenrings gehärtet sein. Dadurch wird vorteilhaft ein unerwünschtes Verformen der Grundwelle verhindert sowie ein Verschleiß reduziert. Ferner wird durch den Entfall des Innenrings vorteilhaft ein radialer Bauraum an der Nockenwelle eingespart. Der Innendurchmesser des Wälzlagers entspricht bei der zweiten Variante einem Durchmesser eines gedachten, insbesondere lichten Kreises, der mit seinem Umfang an den Wälzkörpern radial innen anliegt. Der Innendurchmesser ist durch die kürzeste Verbindungsstrecke zweier gegenüber angeordneter Wälzkörper gebildet, die durch den Mittelpunkt des Wälzlagers verläuft. Der Mittelpunkt liegt auf der Längsachse des Wälzlagers.
Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weist die Grundwelle den maximalen Wellenaußendurchmesser im Bereich des Schiebenockenelements und/oder im Bereich des Nockenwellenlagers auf. Dies hat den Vorteil, dass zwischen dem Bereich des Schiebenockenelements und dem Bereich des Nockenwellenlagers eine Materialausnehmung, insbesondere ein Wellenabsatz, in der Grundwelle ausgebildet sein kann, wodurch ein Gesamtgewicht der Nockenwelle reduziert wird.
Vorzugsweise ist die Grundwelle hohlzylindrisch ausgebildet und/oder aus einem Vollmaterial gebildet, wobei die Grundwelle eine glatte Wellenaußenoberfläche aufweist. Die Grundwelle ist vorzugsweise frei von einer Verzahnung. Dadurch ist vorteilhaft ein Aufschieben des Schiebenockenelements und des Nockenwellenlagers erleichtert möglich. Die Grundwelle kann dennoch Materialausnehmungen bzw. Bohrungen aufweisen. Durch die glatte Wellenaußenoberfläche der Grundwelle sind das Schiebenockenelement und das Nockenwellenlager vorteilhaft auf die Grundwelle einfach und schnell aufschiebbar.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist wenigstens ein Nocken vorgesehen, der auf der Grundwelle angeordnet ist und der einen Nockeninnendurchmesser aufweist, der dem maximalen, insbesondere größten, Wellenaußendurchmesser der Grundwelle entspricht. Mit anderen Worten sind der Nockeninnendurchmesser und der maximale Wellenaußendurchmesser der Grundwelle im Wesentlichen gleich groß. Der Nocken ist somit auf die Grundwelle einfach und schnell aufschiebbar.
Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist wenigstens ein Einlegeelement zwischen der Grundwelle und dem Schiebenockenelement zur Übertragung eines Drehmoments angeordnet, wobei das Einlegeelement die Grundwelle mit dem Schiebenockenelement drehfest verbindet, und wobei das Schiebenockenelement bei einem Verschiebevorgang über wenigstens einen zylindrischen Bereich radial geführt ist. Das Einlegeelement kann in einer Materialabtragung radial außen an der Grundwelle eingelegt sein. Ferner kann das Schiebenockenelement radial innen eine zum Einlegeelement komplementäre Form aufweisen, durch die das Schiebenockenelement mit der Grundwelle bzw. dem Einlegeelement formschlüssig verbunden ist. Durch die Drehmomentübertragung über das Einlegelement entfällt vorteilhaft eine Innenverzahnung am Schiebenockenelement und eine Außenverzahnung an der Grundwelle. Dadurch wird vorteilhaft ein Fertigungsaufwand verringert sowie das Gesamtgewicht der Nockenwelle eingespart. Ferner werden dadurch die Herstellungskosten der Nockenwelle reduziert.
Die Grundwelle kann wenigstens eine Rasteinheit umfassen, durch die das Schiebenockenelement an wenigstens zwei Axialpositionen, insbesondere Rastpositionen, arretierbar oder arretiert ist. Die Rasteinheit kann wenigstens ein Rastelement, insbesondere eine Rastkugel, und wenigstens ein Federelement, insbesondere eine Schraubenfeder umfassen. Dabei kann das Rastelement mit dem Federelement in der Grundwelle derart angeordnet sein, dass das Rastelement durch das Federelement radial nach außen geschoben wird. Das Schiebennockenelement kann dazu wenigstens eine Arretierausnehmung, insbesondere eine Arretiernut, aufweisen, die am Schiebenockenelement radial innen ausgebildet ist. Bei einer Arretierung des Schiebenockenelements in einer der beiden Axialpositionen greift das Rastelement in die Arrtierausnehmung ein, wodurch das Schiebenockenelement axial lösbar gehalten wird. Die Rasteinheit ist vorteilhaft mit geringem konstruktiven und fertigungstechnischen Aufwand realisierbar, wodurch die Gesamtkosten der Nockenwelle weiter reduzierbar sind.
Ein nebengeordneter Aspekt der Erfindung betrifft eine Nockenwelle, insbesondere Schiebenockenwelle, mit einer Grundwelle und wenigstens einem Schiebenockenelement, das auf der Grundwelle axial verschiebbar angeordnet ist und mit der Grundwelle zur Übertragung eines Drehmoments drehfest verbunden ist. Des Weiteren umfasst die Nockenwelle wenigstens ein Nockenwellenlager, das auf der Grundwelle angeordnet ist. Das Schiebenockenelement und das Nockenwellenlager weisen einen gleichen Innendurchmesser zum Aufschieben auf die Grundwelle auf, der einem maximalen, insbesondere größten, Wellenaußendurchmesser wenigsten eines ersten Wellenbereichs der Grundwelle entspricht. Der maximale Wellenaußendurchmesser ist in axialer Längsrichtung außerhalb wenigstens eines aufgeweiteten zweiten Wellenbereichs der Grundwelle vorgesehen. Vorzugsweise ist der maximale Wellenaußendurchmesser zwischen zwei aufgeweiteten, insbesondere rollierten, Wellenbereichen der Grundwelle vorgesehen. Der aufgeweitete zweite Wellenbereich kann ein Außenmaß aufweisen, das größer ist als der maximale Wellenaußendurchmesser des ersten Wellenbereichs.
Der aufgeweitete zweite Wellenbereich kann zur Befestigung von einzelnen Nocken vorgesehen sein. Bspw. ist der aufgeweitete zweite Wellenbereich durch Rollieren derart hergestellt, dass nach einer Montage durch Aufpressen des Nockens auf den aufgeweiteten zweiten Wellenbereich der Nocken mit der Grundwelle fest verbunden ist. Der aufgeweitete zweite Wellenbereich kann ein Außenmaß aufweisen, das größer ist als ein Nockeninnendurchmesser des Nockens. Mit anderen Worten kann der Nocken durch eine radiale Materialüberdeckung mit der Grundwelle fest verbunden sein.
Ein weiterer nebengeordneter Aspekt der Erfindung betrifft einen Verbrennungsmotor mit wenigstens einer Nockenwelle der vorstehend genannten Art. Hierbei wird auf die im Zusammenhang mit der Nockenwelle erläuterten Vorteile verwiesen. Darüber hinaus kann der Verbrennungsmotor alternativ oder zusätzlich einzelne oder eine Kombination mehrerer zuvor in Bezug auf die Nockenwelle genannter Merkmale aufweisen.
Ein weiterer nebengeordneter Aspekt betrifft ein Verfahren zur Montage einer Nockenwelle, wobei das Verfahren folgende Schritte umfasst:

a) Bereitstellen einer Grundwelle, wenigstens eines Schiebenockenelements und wenigstens eines Nockenwellenlagers, wobei das Schiebenockenelement und das Nockenwellenlager einen gleichen Innendurchmesser aufweisen, der einem maximalen, insbesondere größten, Wellenaußendurchmesser der Grundwelle entspricht; und
b) Aufschieben des Schiebenockenelements und/oder des Nockenwellenlagers auf die Grundwelle.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird in Schritt b) das Schiebenockenelement auf die Grundwelle) axial verschiebbar angeordnet und mit der Grundwelle drehfest verbunden.
Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens weist das Nockenwellenlager wenigstens einen axial angrenzenden Haltering auf, der in Schritt b) mit dem Nockenwellenlager auf die Grundwelle aufgeschoben wird und durch den das Nockenwellenlager an einer axialen Wellenposition fixiert wird. Hierbei ist vorteilhaft, dass das Nockenwellenlager in axialer Längsrichtung der Grundwelle durch den Haltering gehalten wird. Der Haltering kann ebenso wie das Nockenwellenlager einen Innendurchmesser aufweisen, der dem maximalen Wellenaußendurchmesser der Grundwelle entspricht. Mit anderen Worten kann der Innendurchmesser des Halterings und der maximale Wellenaußendurchmesser der Grundwelle gleich groß sein.
Zu den weiteren Vorteilen des Verfahrens zur Montage einer Nockenwelle wird auf die im Zusammenhang mit der Nockenwelle erläuterten Vorteile verwiesen. Darüber hinaus kann das Verfahren alternativ oder zusätzlich einzelne oder eine Kombination mehrerer zuvor in Bezug auf die Nockenwelle genannte Merkmale aufweisen.
Die Erfindung wird nachstehend mit weiteren Einzelheiten unter Bezug auf die beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Die dargestellten Ausführungsformen stellen Beispiele dar, wie die erfindungsgemäße Nockenwelle ausgestaltet sein kann.
In diesen zeigen,

1 eine perspektivische Ansicht einer Nockenwelle nach einem bevorzugten erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel;
2 eine Ansicht eines Längsschnittes durch die Nockenwelle gemäß 1;
3 einen Detailausschnitt des Längsschnittes der Nockenwelle gemäß 2; und
4 eine perspektivische Ansicht der Nockenwelle gemäß 1 mit zwei im Längsschnitt dargestellten Schiebenockenelementen.

1 bis 4 zeigen verschiedene Ansichten einer Nockenwelle 10, insbesondere einer Schiebenockenwelle. Die Nockenwelle 10 umfasst eine Grundwelle 11, zwei Schiebenockenelemente 12 und mehrere Nockenwellenlager 13. Ferner umfasst die Nockenwelle 10 weitere Funktionselemente wie bspw. mehrere Nocken 20, insbesondere Einzelnocken, und ein Geberrad 22, auf die später näher eingegangen wird.
Die Grundwelle 11 ist hohlzylindrisch ausgebildet. Die Grundwelle 11 kann auch als Vollwelle ausgebildet sein. Mit anderen Worten kann die Grundwelle 11 durch eine Stange aus einem Vollmaterial gebildet sein. Die Grundwelle 11 weist eine glatte Wellenaußenoberfläche 15 auf. Die Grundwelle 11 ist frei von einer Außenverzahnung ausgebildet. Die Grundwelle 11 kann wenigstens eine Materialausnehmung und/oder eine Durchgangsöffnung, insbesondere eine Bohrung, aufweisen, durch die die Einzelnocken 20 auf der Grundwelle 11 befestigbar sind.
Die Grundwelle 11 weist im Bereich des jeweiligen Schiebenockenelements 12 und im Bereich des jeweiligen Nockenwellenlagers 13 einen maximalen, insbesondere größten, Wellenaußendurchmesser 15 auf. Es ist auch denkbar, dass die Grundwelle 11 über die gesamte Länge einen gleichen Wellenaußendurchmesser 15 aufweist. Die Grundwelle 11 kann im Bereich des jeweiligen Schiebenockenelements 12 und/oder im Bereich des jeweiligen Nockenwellenlagers 13 gehärtet sein. Zusätzlich oder alternativ kann die Grundwelle 11 im Bereich des jeweiligen Schiebenockenelements 12 und/oder im Bereich des jeweiligen Nockenwellenlagers 13 durch Schleifen bearbeitet sein. Hierbei ist zwischen diesen Bereichen die Grundwelle 11, bspw. durch eine Drehbearbeitung, freigestellt, sodass die Grundwelle 11 zwischen den Bereichen einen Wellenaußendurchmesser aufweist, der kleiner als der Wellenaußendurchmesser 15 in den Bereichen des jeweiligen Schiebenockenelements 12 und des jeweiligen Nockenwellenlagers 13 ist. Dadurch können die Schiebenockenelemente 12, die Nockenwellenlager 13 und die verschiedenen Funktionselemente vorteilhaft einfach und schnell auf die Grundwelle 11, insbesondere in ungeteilter Form, aufgeschoben werden.
Wie in den 1, 2 und 4 gezeigt ist, umfasst die Nockenwelle 10 zwei Schiebenockenelemente 12, die auf der Grundwelle 11 axial verschiebbar und mit der Grundwelle 11 zur Übertragung eines Drehmoments drehfest verbunden sind. Auf die drehfeste Verbindung des Schiebenockenelements 12 mit der Grundwelle 11 wird später näher eingegangen.
Das jeweilige Schiebenockenelement 12 weist eine zentrale Durchgangsöffnung 25 auf, die in Längsrichtung des Schiebenockenelements 12 ausgebildet ist. Die zentrale Durchgangsöffnung 25 ist das Schiebenockenelement 12 vollständig durchdringend ausgebildet. Durch die zentrale Durchgangsöffnung 25 ist das Schiebenockenelement 12 auf die Grundwelle 11 aufgeschoben. Das Schiebenockenelement 12 weist an der zentralen Durchgangsöffnung 25 einen Innendurchmesser 14a auf. Mit anderen Worten weist die zentrale Durchgangsöffnung 25 einen Durchmesser auf, der dem Innendurchmesser 14a des Schiebenockenelements 12 entspricht.
Der Innendurchmesser 14a des Schiebenockenelements 12 entspricht dem maximalen Wellenaußendurchmesser 15 der Grundwelle 11. Mit anderen Worten sind der Innendurchmesser 14a des Schiebenockenelements 12 und der maximale Wellenaußendurchmesser 15 der Grundwelle 11 im Wesentlichen gleich groß. Dadurch lässt sich das jeweilige Schiebenockenelement 12 bei einem Montagevorgang ohne zusätzlichen Konstruktions- bzw. Montageaufwand einfach und schnell auf die Grundwelle 11 aufschieben. Das Schiebenockenelement 12 kann somit mit geringem Aufwand an der erforderlichen Axialposition auf der Grundwelle 11 durch Aufschieben angeordnet werden.
Das jeweilige Schiebenockenelement 12 umfasst ferner eine Schaltkulisse und zwei Nockenpaare. Die Nockenpaare sind durch einen Normalhubnocken und einen Nullhubnocken gebildet. Die Nockenpaare können auch durch zwei Normalhubnocken gebildet sein.
Gemäß 1, 2 und 4umfasst die Nockenwelle 10 mehrere Nockenwellenlager 13, die auf der Grundwelle 11 angeordnet sind. Konkret weist die Nockenwelle 10 insgesamt fünf Nockenwellenlager 13 auf, die an unterschiedlichen Axialpositionen auf der Grundwelle 11 angeordnet sind. Um die Nockenwellenlager 13 an der jeweiligen Axialposition zu fixieren, sind zwei Halteringe 21 für jeweils ein Nockenwellenlager 13 vorgesehen. Die Halteringe 21 sind am Nockenwellenlager 13 in axialer Längsrichtung der Grundwelle 11 beidseitig angeordnet. Wie in 3 ersichtlich ist, sind die Halteringe 21 am Nockenwellenlager 13 angrenzend angeordnet.
Die Nockenwellenlager 13 sind ungeteilt ausgebildet. Mit anderen Worten sind die Nockenwellenlager 13 in Umfangsrichtung geschlossen ausgebildet. Die Nockenwellenlager 13 sind somit frei von einer konstruktiven Trennung, insbesondere einem Trennschlitz ausgebildet.
Die Nockenwellenlager 13 sind jeweils durch ein Wälzlager 23 gebildet. Die Nockenwellenlager 13 können auch durch Gleitlager gebildet sein. Die Wälzlager 23 sind als direktlaufende Wälzlager 23 ausgebildet. Die direktlaufenden Wälzlager 23 umfassen jeweils einen Außenring 27 und einen Käfig, wobei ein Innenring 24 des Wälzlagers 23 durch die Grundwelle 11 gebildet ist. Der Käfig umfasst eine Vielzahl von Wälzkörpern, die im Käfig drehbar gelagert sind. Die Wälzkörper können durch Rollen oder Nadeln gebildet sein. Es ist auch denkbar, dass die Wälzkörper frei zwischen dem Außenring 27 und der Grundwelle 11 angeordnet sind. Mit anderen Worten ist es denkbar, dass das Wälzlager 23 keinen Käfig aufweist.
Der Innenring 24 ist im Bereich des jeweiligen Wälzlagers 23 durch die Wellenaußenoberfläche 16 der Grundwelle 11 gebildet. Mit anderen Worten rollen im Betrieb die Wälzkörper des Wälzlagers 23 auf der Wellenaußenoberfläche 16 ab. Die Grundwelle 11 weist somit im Bereich des Wälzlagers 23 eine Direktlaufbahn auf, auf der die Wälzkörper im Betrieb abrollen.
Generell ist auch denkbar, dass der Innenring 24 des Wälzlagers 23 als separates Bauteil vorgesehen ist. Dabei bildet der Außenring 27, der Käfig mit den Wälzkörpern und der Innenring 24 eine von der Grundwelle 11 abgegrenzte Baugruppe, die durch Aufschieben auf der Grundwelle 11 angeordnet ist.
Gemäß 3 weist das jeweilige Nockenwellenlager 13 bzw. das jeweilige Wälzlager 23 einen Innendurchmesser 14b auf, der dem maximalen Wellenaußendurchmesser 15 der Grundwelle 11 entspricht. Mit anderen Worten sind der Innendurchmesser 14b des Wälzlagers 23 und der maximale Wellenaußendurchmesser 15 der Grundwelle 11 im Wesentlichen gleich groß. Dadurch lässt sich das jeweilige Wälzlager 23 bei einem Montagevorgang ohne zusätzlichen Konstruktions- bzw. Montageaufwand einfach und schnell auf die Grundwelle 11 aufschieben. Das Nockenwellenlager 13 kann somit mit geringem Aufwand an der erforderlichen Axialposition auf der Grundwelle 11 durch Aufschieben angeordnet werden.
Wie vorstehend beschrieben, umfasst die Nockenwelle 10 ferner mehrere Einzelnocken 20, die auf der Grundwelle 11 angeordnet sind. Konkret sind insgesamt vier Einzelnocken 20 auf der Grundwelle 11 angeordnet, wobei jeweils zwei Einzelnocken 20 gleich ausgerichtet sind. Die Einzelnocken 20 weisen einen Nockeninnendurchmesser 17 auf, der dem maximalen Wellenaußendurchmesser 15 der Grundwelle 11 entspricht. Der Nockeninnendurchmesser 17 und der Wellenaußendurchmesser 15 sind somit im Wesentlichen gleich groß. Die Einzelnocken 20 können durch Aufschieben auf der Grundwelle 11 angeordnet sein. Die Einzelnocken 20 können ebenso ungeteilt ausgebildet sein.
Zur Montage der Einzelnocken 20 ist denkbar, dass zum Fügen der Einzelnocken 20 die Grundwelle 11 bzw. der Außendurchmesser der Grundwelle 11 im jeweiligen Wellenbereich der Einzelnocken 20 aufgeweitet ist. Die Aufweitung der Grundwelle 11 an den entsprechenden Wellenbereichen erfolgt während des Montageprozesses. Die Aufweitung wird dabei bspw. durch Rollieren hergestellt. Die Herstellung der Aufweitung kann auch durch ein anderes, nicht genanntes Fertigungsverfahren erfolgen.
Zum Fügen bzw. Aufpressen der Einzelnocken 20 auf die Grundwelle 11 ist der Nockeninnendurchmesser 17 der Einzelnocken 20 kleiner als ein Außenmaß, insbesondere ein Außendurchmesser, des zugehörigen aufgeweiteten Wellenbereichs der Grundwelle 11. Die Einzelnocken 20 sind nach dem Montageprozess durch eine radiale Materialüberdeckung mit der Grundwelle 11 fest verbunden bzw. aufgepresst. Hierbei kann das Außenmaß des jeweils aufgeweiteten Wellenbereichs größer als der maximale Wellenaußendurchmesser 15 sein. Der maximale Wellenaußendurchmesser 15 ist dabei zwischen den aufgeweiteten, insbesondere rollierten, Wellenbereichen der Grundwelle 11 vorgesehen.
Des Weiteren weist die Nockenwelle 10 ein Endstück 26 und ein Geberrad 22 auf. Das Endstück 26 ist an einem ersten axialen Ende 28 der Grundwelle 11 angeordnet. Das Endstück 26 ist dabei teilweise in der Grundwelle 11 angeordnet und weist einen Wellenabschnitt 30 auf, an dem eines der fünf Nockenwellenlager 13 angeordnet ist. Der Wellenabschnitt 30 weist somit einen Außendurchmesser auf, der dem maximalen Wellenaußendurchmesser 15 der Grundwelle 11 entspricht. Der Außendurchmesser des Wellenabschnitts 30 und der maximale Wellenaußendurchmesser 15 der Grundwelle 11 sind im Wesentlichen gleich groß.
Das Geberrad 22 ist an einem zweiten axialen Ende der Grundwelle 11 angeordnet. Gemäß 2 ist das Geberrad 22 auf die Grundwelle 11 aufgeschoben angeordnet. Das Geberrad 22 kann einen Innendurchmesser aufweisen, der gleich dem maximalen Wellenaußendurchmesser 15 der Grundwelle 11 ist.
Wie in 2 und 4 gezeigt ist, weist die Grundwelle 11 zwei Einlegebereiche 31 auf, die durch jeweils eine Materialabtragung an der Grundwelle 11 ausgebildet sind. Die Grundwelle 11 kann auch mehrere, insbesondere mehr als zwei Einlegebereiche 31 aufweisen. Der jeweilige Einlegebereich 31 ist von der Wellenaußenoberfläche 16 der Grundwelle 11 radial nach innen ausgebildet. Die Einlegebereiche 31 sind jeweils im Bereich der Schiebenockenelemente 12 vorgesehen. Die Einlegebereiche 31 weisen in axialer Längsrichtung der Grundwelle 11 eine kürzere Länge auf, als eine Gesamtlänge der Schiebenockenelemente 12. Mit anderen Worten überragt das jeweilige Schiebenockenelement 12 den zugehörigen Einlegebereich 31 in axialer Längsrichtung der Grundwelle 11.
Es ist auch denkbar, dass wenigstens einer der Einlegebereiche 31 in Längsrichtung der Grundwelle 11 länger ist als das Schiebenockenelement 12. Mit anderen Worten kann wenigstens einer der Einlegebereiche 31 das Schiebenockenelement 12 in Längsrichtung überragen. Bei dieser Variante kann ein in den Einlegebereich 31 eingelegtes Einlegeelement 18 ebenso länger als das Schiebenockenelement 12 sein. Auf das Einlegeelement 18 wird nachfolgend näher eingegangen.
Die Einlegebereiche 31 sind quer zu einer Längsachse der Grundwelle 11 nach außen offen ausgebildet. Im Bereich der Schiebenockenelemente 12 kann mehr als ein Einlegebereich 31 vorgesehen sein.
Die Nockenwelle 10 umfasst ein Einlegeelement 18, das jeweils in einen der Einlegebereich 31 eingelegt ist. Das Einlegeelement 18 ist plattenförmig ausgebildet. Durch das Einlegeelement 18 ist die Grundwelle 11 mit dem Schiebenockenelement 12 zur Übertragung eines Drehmoments drehfest verbunden. Mit anderen Worten überträgt das Einlegeelement 18 ein Drehmoment zwischen der Grundwelle 11 und dem Schiebenockenelement 12. Dazu steht das Einlegeelement 18 quer zur Längsachse der Grundwelle 11 über die Wellenaußenoberfläche 16 der Grundwelle 11 hervor. Das Schiebenockenelement 12 weist eine nicht dargestellte, komplementäre Gegenform zum jeweiligen überstehenden Einlegeelement 18 auf. Das Schiebenockenelement 12 ist durch das Einlegeelement 18 mit der Grundwelle 11 zur Übertragung eines Drehmoments in Umfangsrichtung formschlüssig verbunden. Bei einem Verschiebevorgang ist das Schiebenockenelement 12 über den zylindrischen Bereich auf der Grundwelle 11 radial, insbesondere in Verschieberichtung, geführt (Zwangszentrierung).
In einer weiteren, insbesondere alternativen, Variante zur Übertragung eines Drehmoments von der Grundwelle 11 auf das jeweilige Schiebenockenelement 12 können zwischen der Grundwelle 11 und dem Schiebenockenelement 12 ein oder mehrere zylinderförmige Nadelelemente angeordnet sein. Die Grundwelle 11 umfasst hierbei je Nadelelement einen entsprechenden Einlegebereich, in den die Nadelelemente eingelegt sind. Wie vorstehend beschrieben, weist das Schiebenockenelement 12 je Nadelelement eine komplementäre Gegenform auf, in die das Nadelelement eingreift, sodass ein Formschluss hergestellt ist. Ferner ist bei einem Verschiebevorgang das jeweilige Schiebenockenelement 12 über den zylindrischen Bereich der Grundwelle 11 radial, insbesondere in Verschieberichtung, geführt.
Alternativ sind weitere verzahnungslose Ausgestaltungen der Grundwelle 11 zur Drehmomentübertragung zwischen der Grundwelle 11 und dem jeweiligen Schiebenockenelement 12 denkbar.
In 2 ist gut erkennbar, dass die Grundwelle 11 zwei Rasteinheiten 19 umfasst. Konkret weist jede der Rasteinheiten 19, wie in 3 gezeigt, ein Rastelement 32 und ein Federelement 33 auf. Das Rastelement 32 ist durch eine Rastkugel gebildet. Das Federelement 33 ist durch eine Schraubenfeder gebildet.
Die Rasteinheit 19 ist in der Grundwelle 11 angeordnet. Die Rasteinheit 19 ist in der Grundwelle 11 derart angeordnet, dass das Rastelement 32 durch das Federelement 33 radial nach außen geschoben, insbesondere gedrückt wird. Mit anderen Worten ist das Rastelement 32 durch das Federelement 33 radial nach außen gegen das Schiebenockenelement 12 vorgespannt. Wie in 2 ersichtlich, weist die Grundwelle 11 hierzu zwei Durchgangsöffnungen, insbesondere Durchgangsbohrungen auf, durch die das Rastelement 32 durch das Federelement 33 radial nach außen geschoben, insbesondere gedrückt wird.
Jeweils eine der Rasteinheiten 19 ist einem Schiebenockenelement 12 zugeordnet. Dazu sind die Durchgangsöffnungen in der Grundwelle 11 im Bereich der Schiebenockenelemente 12 vorgesehen. Zur axialen Arretierung der Schiebenockenelemente 12 weisen diese jeweils zwei innere Rastnuten 34 auf, die in den 2 und 3 gezeigt sind. Die Rastnuten 34 sind von der zentralen Durchgangsöffnung 25 des Schiebenockenelements 12 radial nach außen im Grundkörper des Schiebenockenelements 12 radial umlaufend ausgebildet. Die Rastnuten 35 sind radial nach innen offen ausgebildet. Jeweils eine der Rastnuten 34 bildet eine Axialposition des Schiebenockenelements 12.
Bei einem Verschiebevorgang des jeweiligen Schiebenockenelements 12 wirkt die zugeordnete Rasteinheit 19 mit den inneren Rastnuten 34 zur Arretierung, insbesondere axialen Sicherung, des Schiebenockenelements 12 zusammen. Das jeweilige Schiebenockenelement 12 ist durch die Rasteinheit 19 jeweils an zwei Axialpositionen, insbesondere Rastpositionen, auf der Grundwelle 11 arretierbar. In der jeweiligen Axialposition ist das jeweilige Schiebenockenelement 12 axial lösbar fixiert. In diesem Zustand ist die Rasteinheit 19 der Grundwelle 11 in eine der Rastnuten 34 eingerastet, wodurch das Schiebenockenelement 12 axial gehalten wird. Dabei greift die Rasteinheit 13 mit dem Rastelement 32 in die Rastnut 34 ein. Wird das jeweilige Schiebenockenelement 12 axial verschoben, rastet die Rasteinheit 19 in eine weitere der inneren Rastnuten 34 des Schiebenockenelements 12 ein.
Es ist auch denkbar, dass die Schiebenockenelemente 12 in Längsrichtung der Grundwelle 11 an mehreren, insbesondere mehr als zwei Axialpositionen arretierbar sind.
Die Nockenwelle 10 weist den großen Vorteil auf, dass alle Funktionselemente sowie Komponenten, durch ein Aufschieben auf der Grundwelle 11 angeordnet sind. Dabei können die Funktionselemente bzw. die Komponenten einteilig, insbesondere ungeteilt, ausgebildet sein, wodurch ein Konstruktions- und Fertigungsaufwand verringert wird sowie Herstellungskosten eingespart werden.
Bezugszeichenliste

10: Nockenwelle
11: Grundwelle
12: Schiebenockenelement
13: Nockenwellenlager
14: Innendurchmesser
14a: Innendurchmesser des Schiebenockenelements
14b: Innendurchmesser des Nockenwellenlagers
15: Wellenaußendurchmesser
16: Wellenaußenoberfläche
17: Nockeninnendurchmesser
18: Einlegeelement
19: Rasteinheit
20: Nocken
21: Haltering
22: Geberrad
23: Wälzlager
24: Innenring
25: zentrale Durchgangsöffnung
26: Endstück
27: Außenring
28: erstes axiales Ende
29: zweites axiales Ende
30: Wellenabschnitt
31: Einlegebereiche
32: Rastelement
33: Federelement
34: Rastnut

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102011078434 A1 [0001, 0003]

Claims

Nockenwelle (10), insbesondere Schiebenockenwelle, mit einer Grundwelle (11) und wenigstens einem Schiebenockenelement (12), das auf der Grundwelle (11) axial verschiebbar angeordnet ist und mit der Grundwelle (11) zur Übertragung eines Drehmoments drehfest verbunden ist, und wenigstens einem Nockenwellenlager (13), das auf der Grundwelle (11) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Schiebenockenelement (12) und das Nockenwellenlager (13) einen gleichen Innendurchmesser (14) zum Aufschieben auf die Grundwelle (11) aufweisen, der einem maximalen, insbesondere größten, Wellenaußendurchmesser (15) der Grundwelle (11) entspricht.
Nockenwelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Schiebenockenelement (12) und das Nockenwellenlager (13) durch ein Aufschieben auf die Grundwelle (11) montiert sind.
Nockenwelle nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Nockenwellenlager (13) ungeteilt ausgebildet ist.
Nockenwelle nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Nockenwellenlager (13) durch ein Wälzlager (23) oder ein Gleitlager gebildet ist.
Nockenwelle nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Wälzlager auf der Grundwelle (11) direktlaufend oder mit einem Innenring vorgesehen ist.
Nockenwelle nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Grundwelle (11) einen Innenring (24) des Wälzlagers (23) bildet, wobei die Grundwelle (11) im Bereich des Innenrings (23) gehärtet ist.
Nockenwelle nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Grundwelle (11) den maximalen Wellenaußendurchmesser (15) im Bereich des Schiebenockenelements (12) und/oder im Bereich des Nockenwellenlagers (13) aufweist.
Nockenwelle nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Grundwelle (11) hohlzylindrisch ausgebildet ist und/oder aus einem Vollmaterial gebildet ist, wobei die Grundwelle (11) eine glatte Wellenaußenoberfläche (16) aufweist.
Nockenwelle nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Nocken (20) vorgesehen ist, der auf der Grundwelle (11) angeordnet ist und der einen Nockeninnendurchmesser (17) aufweist, der dem maximalen, insbesondere größten, Wellenaußendurchmesser (15) der Grundwelle (11) entspricht.
Nockenwelle nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Einlegeelement (18) zwischen der Grundwelle (11) und dem Schiebenockenelement (12) zur Übertragung eines Drehmoments angeordnet ist, wobei das Einlegeelement (18) die Grundwelle (11) mit dem Schiebenockenelement (12) drehfest verbindet, und wobei das Schiebenockenelement (12) bei einem Verschiebevorgang über wenigstens einen zylindrischen Bereich der Grundwelle (11) radial geführt ist.
Nockenwelle nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Grundwelle (11) wenigstens eine Rasteinheit (19) umfasst, durch die das Schiebenockenelement (12) an wenigstens zwei Axialpositionen, insbesondere Rastpositionen, arretierbar oder arretiert ist.
Nockenwelle (10), insbesondere Schiebenockenwelle, mit einer Grundwelle (11) und wenigstens einem Schiebenockenelement (12), das auf der Grundwelle (11) axial verschiebbar angeordnet ist und mit der Grundwelle (11) zur Übertragung eines Drehmoments drehfest verbunden ist, und wenigstens einem Nockenwellenlager (13), das auf der Grundwelle (11) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Schiebenockenelement (12) und das Nockenwellenlager (13) einen gleichen Innendurchmesser (14) zum Aufschieben auf die Grundwelle (11) aufweisen, der einem maximalen, insbesondere größten, Wellenaußendurchmesser (15) wenigstens eines ersten Wellenbereichs der Grundwelle (11) entspricht, wobei der maximale Wellenaußendurchmesser (15) in axialer Längsrichtung außerhalb wenigstens eines aufgeweiteten zweiten Wellenbereichs der Grundwelle (11) vorgesehen ist.
Verbrennungsmotor mit wenigstens einer Nockenwelle nach Anspruch 1.
Verfahren zur Montage einer Nockenwelle (10), insbesondere Schiebenockenwelle, umfassend: a) Bereitstellen einer Grundwelle (11), wenigstens eines Schiebenockenelements (12) und wenigstens eines Nockenwellenlagers (13), wobei das Schiebenockenelement (12) und das Nockenwellenlager (13) einen gleichen Innendurchmesser (14) aufweisen, der einem maximalen, insbesondere größten, Wellenaußendurchmesser (15) der Grundwelle (11) entspricht; und b) Aufschieben des Schiebenockenelements (12) und/oder des Nockenwellenlagers (13) auf die Grundwelle (11).
Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass in Schritt b) das Schiebenockenelement (12) auf die Grundwelle (11) axial verschiebbar angeordnet wird und mit der Grundwelle (11) drehfest verbunden wird.
Verfahren nach Anspruch 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, dass das Nockenwellenlager (13) wenigstens einen axial angrenzenden Haltering (21) aufweist, der in Schritt b) mit dem Nockenwellenlager (13) auf die Grundwelle (11) aufgeschoben wird und durch den das Nockenwellenlager (13) an einer axialen Wellenposition fixiert wird.