DE102019110383A1

DE102019110383A1 - Einstellbare nockenwelle

Info

Publication number: DE102019110383A1
Application number: DE102019110383.5A
Authority: DE
Inventors: Steven E. Wallace
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2018-04-27
Filing date: 2019-04-18
Publication date: 2019-10-31
Also published as: US20190331010A1; CN110410167A

Abstract

Eine einstellbare Nockenwelle für einen Verbrennungsmotor umfasst eine Außenwelle und eine Stützwelle, die mindestens eine Bohrung mit einer außerhalb der Bohrung konfigurierten Entlastungsnut definiert. Die Stützwelle erstreckt sich entlang einer Längsachse. Die Außenwelle kann ein Nockenelement umfassen, das auf der Stützwelle so angeordnet ist, dass die Außenwelle entlang der Stützwelle entlang der Längsachse verschiebbar ist, wobei die Außenwelle an der Stützwelle in mindestens zwei axialen Rastpositionen einrastbar ist. Ein Vorspannelement, eine Presssitzhalterung und ein Rastelement sind innerhalb der Bohrung so angeordnet, dass das Vorspannelement das Rastelement in Richtung jeder Vertiefung der Vielzahl von Vertiefungen, die in der Außenwelle definiert sind, drückt.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Offenbarung betrifft eine Ventilbetätigungsvorrichtung für einen Motor eines Fahrzeugs, insbesondere eine Ventilbetätigungsvorrichtung, die einen Nocken zum Öffnen und Schließen eines Ventils schaltet.
HINTERGRUND
Es sind einstellbare Nockenwellen für Verbrennungsmotoren bekannt, die eine in einer Längsachse verlaufende Stützwelle aufweisen und mindestens eine Außenwelle, die an der Stützwelle derart aufgenommen ist, sodass diese in Richtung der Längsachse bewegt werden kann. Die Außenwelle dreht sich mit der Drehung der Stützwelle, für die eine kerbverzahnte Struktur zwischen der Stützwelle und der Außenwelle dienen kann, und eine Drehung der Außenwelle auf der Stützwelle über die kerbverzahnte Struktur wird verhindert. Um die Außenwelle in diskreten, reproduzierbaren axialen Positionen auf der Stützwelle zu verriegeln, können Rastelemente vorgesehen sein, die durch Vorspannen einer Vorrichtung vorgespannt werden können, und die Rastelemente können in Rastelementaufnahmen einrasten, wodurch dann die axiale Position der Außenwelle auf der Stützwelle definiert werden kann. Die verschiedenen axialen Positionen der Außenwelle auf der Stützwelle dienen dazu, die verschiedenen Nockenelemente der Außenwelle in Verbindung mit Ventilen oder Abgriffselementen zum Betätigen von Ventilen zu bringen. Die unterschiedlichen Nockenelemente können unterschiedliche Steuerzeiten zum Öffnen und Schließen der Ventile des Verbrennungsmotors definieren, oder der Ventilhub kann durch verschiedene Nockenelemente in operativer Verbindung mit einem Abgriffselement oder direkt mit einem Ventil geändert werden.
Die Änderung erfolgt durch unterschiedliche, diskrete axiale Positionen der Außenwelle auf der Stützwelle, und die Verschiebung der Außenwelle erfolgt beispielsweise über ein Betätigungsmittel, das stationär in den Zylinderkopf aufgenommen wird und kann mit einem Stellelement zusammenwirken, das ebenfalls von der Außenwelle aufgenommen werden kann.
So offenbart beispielsweise die DE 10 2010 011 897 A1 eine verstellbare Nockenwelle für einen Verbrennungsmotor mit einer Stützwelle, die sich in einer Längsachse erstreckt, und eine Außenwelle wird auf der Stützwelle derart aufgenommen, dass diese axial bewegt werden kann. Ein durch eine Federkraft einer Vorspanneinrichtung belastetes Rastelement in Form einer Kugel dient zum Einrasten der Außenwelle in diskreten axialen Positionen. Die Kugel kann durch die Federkraft in unterschiedliche, auf der Nockenrückseite gebildete Profilnuten einrasten, und die Profilnuten sind bezüglich der axialen Position derart angeordnet, dass jede Profilnut dem Kontakt einer zugehörigen Nockenbahn eines Nockenelements gegen ein Abgriffselement entspricht.
Eine herkömmliche verstellbare Nockenwelle weist jedoch, wie vorstehend beschrieben, Montageprobleme auf, da die Außenwelle an der Stützwelle neben der Aufnahme an der Stützwelle montiert werden muss, wenn das Rastelement und die Feder auf der Stützwelle montiert werden, vorausgesetzt die Außenwelle wird verwendet, um zu verhindern, dass Kugel und Feder aus der Aufnahme auf der Stützwelle herausfallen. Dadurch muss die Stützwelle eine verlängerte Länge aufweisen, um die Außenwelle auf der Stützwelle aufzunehmen, wenn Kugel und Feder auf der Stützwelle installiert werden, um die Außenwelle dann sofort über Kugel und Feder gleiten zu lassen, um Kugel und Feder in der Stützwelle zu halten.
KURZDARSTELLUNG
Die vorliegende Offenbarung stellt eine einstellbare Nockenwelle für einen Verbrennungsmotor bereit. Die einstellbare Nockenwelle umfasst eine Außenwelle und eine Stützwelle, die mindestens eine Bohrung mit einer außerhalb der Bohrung ausgebildeten Entlastungsnut definiert. Die Stützwelle erstreckt sich entlang einer Längsachse. Die Außenwelle kann ein Nockenelement umfassen, das auf der Stützwelle so angeordnet ist, dass die Außenwelle entlang der Stützwelle entlang der Längsachse verschiebbar ist, wobei die Außenwelle an der Stützwelle in mindestens zwei axialen Rastpositionen einrastbar ist. Eine Vorspanneinrichtung, eine Presssitzhalterung und ein Rastelement sind in der Bohrung derart angeordnet, dass die Vorspanneinrichtung das Rastelement in Richtung einer Vertiefung einer Vielzahl von Vertiefungen drückt, die in der Außenwelle definiert sind. Das Rastelement kann oder kann nicht in Form einer Rastkugel bereitgestellt sein.
In verschiedenen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung kann die Entlastungsnut als eine von einer geraden Nut, halbkreisförmigen Nut und kreisförmigen Nut konfiguriert sein. Die Entlastungsnut definiert eine Nuttiefe, die entlang der Länge der Entlastungsnut variieren kann oder die entlang der Länge der Entlastungsnut festgelegt sein kann. Unabhängig davon, ob die Nuttiefe entlang der Entlastungsnutlänge variiert oder die Nuttiefe entlang der Entlastungsnutlänge festgelegt ist, kann die Nuttiefe in einem Tiefenbereich von ungefähr 1,5 mm bis ungefähr 6 mm liegen. Ähnlich kann die Entlastungsnut unabhängig von der festgelegten oder variierenden Natur der Entlastungsnuttiefe auch eine Nutbreite definieren, die in einen Breitenbereich von ungefähr 1,5 mm bis ungefähr 6 mm fällt. Die Nutbreite kann ebenfalls festgelegt sein oder entlang der Länge der Entlastungsnut variieren. In Bezug auf die vorgenannte Entlastungsnut kann die zugehörige Bohrung für die vorgenannte Entlastungsnut einen Bohrungsdurchmesser definieren, der in einen Durchmesserbereich von ungefähr 8 mm bis ungefähr 16 mm fällt.
Das Herstellungsverfahren umfasst die folgenden Schritte: (1) Bereitstellen einer Stützwelle mit einer Bohrung und einer in der Stützwelle definierten Entlastungsnut, (2) Einsetzen einer Vorspanneinrichtung in einen unteren Bereich der Bohrung, (3) Einsetzen eines Rastelements in die Bohrung, sodass das Rastelement an ein oberes Ende der Vorspanneinrichtung angrenzt, (4) Einpressen eines Presssitzhalterings in einem oberen Bereich der Bohrung, sodass das Rastelement in einer durch den Presssitzhaltering definierten Öffnung angeordnet ist, (5) Positionieren der Außenwelle auf der Stützwelle, sodass das Rastelement in einer von mehreren Rastpositionen angeordnet sein kann, die an der Außenwelle definiert sind.
Die Entlastungsnut der vorgenannten Stützwelle ist außerhalb der mindestens einen Bohrung derart definiert, dass die Entlastungsnut so konfiguriert ist, dass diese die Nockenwellenauslenkung entlang einer Längsachse der Nockenwelle verringert, wenn der Presssitzhaltering in den oberen Bereich der mindestens einen Bohrung eingesetzt wird. Die Entlastungsnut kann als eine von einer vollkreisförmigen Nut, halbkreisförmigen Nut, geraden Nut oder Umfangsnut ausgebildet sein.
Die vorliegende Offenbarung und ihre besonderen Eigenschaften und Vorteile wird aus der nachfolgenden ausführlichen Beschreibung anhand der beigefügten Zeichnungen offensichtlicher werden.
Figurenliste
Diese und andere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Offenbarung werden aus der folgenden ausführlichen Beschreibung, dem besten Modus, den Ansprüchen und den zugehörigen Zeichnungen ersichtlich:

1A ist eine Querschnittsansicht einer beispielhaften, nicht einschränkenden einstellbaren Nockenwelle gemäß verschiedenen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung.
1B ist eine perspektivische Ansicht der einstellbaren Nockenwelle von 1A.
2A ist eine Draufsicht auf eine vollkreisförmige Entlastungsnut, die in einer Stützwelle definiert ist.
2B ist eine Seitenansicht der in 2A dargestellten vollkreisförmigen Entlastungsnut.
2C ist eine Draufsicht auf eine halbkreisförmige Entlastungsnut, die in der Stützwelle definiert ist.
2D ist eine Draufsicht auf eine gerade Entlastungsnut, die in der Stützwelle definiert ist.
2E ist eine Draufsicht auf eine Umfangsentlastungsnut, die in der Stützwelle definiert ist.
3 ist ein Beispiel einer nicht einschränkenden Querschnittsansicht des Vorspannelements, einer Presssitzhalterung und ein Rastelement, das innerhalb der Bohrung in der Stützwelle der vorliegenden Offenbarung angeordnet ist
4 ist ein Spannungsdiagramm, das die Auslenkung in einer herkömmlichen einstellbaren Nockenwelle unter Verwendung einer Presssitzhalterung zeigt.
5 ist ein Spannungsdiagramm, das die verringerte Auslenkung in der Stützwelle der vorliegenden Offenbarung zeigt.
6 ist ein Flussdiagramm, das ein beispielhaftes nicht einschränkendes Herstellungsverfahren gemäß der vorliegenden Offenbarung veranschaulicht.

Gleiche Referenznummern beziehen sich auf gleiche Teile in der Beschreibung der verschiedenen Ansichten der Zeichnungen.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
Es wird nun im Detail auf derzeit bevorzugte Zusammensetzungen, Ausführungsformen und Verfahren der vorliegenden Offenbarung Bezug genommen, welche die besten Arten der Durchführung der vorliegenden Offenbarung darstellen, die den Erfindern gegenwärtig bekannt sind. Die Figuren sind nicht notwendigerweise maßstäblich. Es versteht sich jedoch, dass die offenbarten Ausführungsformen lediglich exemplarisch für die vorliegende Offenbarung sind, die in verschiedenen und alternativen Formen ausgeführt werden kann. Daher sind die spezifischen Details, die hierin offenbart werden, nicht als Beschränkungen zu verstehen, sondern lediglich als repräsentative Grundlage für jegliche Aspekte der vorliegenden Offenbarung und/oder dienen nur als repräsentative Grundlage, um Fachleuten auf dem Gebiet die verschiedenen Anwendungsmöglichkeiten zu vermitteln.
Außer in den Beispielen oder wenn ausdrücklich erwähnt, sind alle nummerischen Angaben über Materialmengen oder Reaktions- und/oder Nutzungsbedingungen in dieser Beschreibung so zu verstehen, dass sie durch den Zusatz „etwa“ modifiziert werden, sodass sie den weitestmöglichen Umfang der vorliegenden Offenbarung beschreiben. Das Ausführen innerhalb der angegebenen nummerischen Grenzen wird im Allgemeinen bevorzugt. Ferner, wenn nicht ausdrücklich anders angegeben: Prozent, „Teile von“ und Verhältniswerte nach Gewicht; wenn eine Gruppe oder Klasse von Materialien für einen bestimmten Zweck im Zusammenhang mit der vorliegenden Offenbarung als geeignet oder bevorzugt beschrieben wird, bedeutet das, dass Mischungen von zwei oder mehreren Mitgliedern der Gruppe oder Klasse gleichermaßen geeignet oder bevorzugt sind; die erste Definition eines Akronyms oder einer anderen Abkürzung gilt für alle nachfolgenden Verwendungen derselben Abkürzung und gilt in entsprechender Anwendung für normale grammatikalische Variationen der anfangs definierten Abkürzung entsprechend. Und es wird, sofern nicht ausdrücklich anders angegeben, die Messung einer Eigenschaft wird anhand derselben Technik gemessen, wie vorher oder nachher für dieselbe Eigenschaft angegeben ist.
Es versteht sich ferner, dass die vorliegende Offenbarung nicht auf die bestimmten Ausführungsformen und Verfahren beschränkt ist, die im Folgenden beschrieben werden, da bestimmte Komponenten und/oder Bedingungen natürlich variieren können. Des Weiteren dient die hierin verwendete Terminologie nur zum Zweck der Beschreibung verschiedener Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung und ist in keiner Weise als einschränkend zu verstehen.
Es wird ferner darauf hingewiesen, dass, wie in der Spezifikation und den angehängten Patentansprüchen verwendet, die Singularformen „ein/e“ und „der/die/das“ auch die Pluralverweise umfassen, es sei denn, aus dem Kontext geht eindeutig etwas anderes hervor. Der Verweis auf eine Komponente im Singular soll beispielsweise eine Vielzahl von Komponenten umfassen.
Der Begriff „umfassend“ ist gleichbedeutend mit „beinhaltend“, „aufweisend“, „enthaltend“ oder „gekennzeichnet durch“. Diese Begriffe sind einschließlich und offen auszulegen, und schließen zusätzliche ungenannte Elemente oder Verfahrensschritte nicht aus.
Der Ausdruck „bestehend aus“ schließt jedes Element, jeden Schritt oder Bestandteil aus, der nicht in dem Anspruch spezifiziert ist. Wenn dieser Ausdruck in einem Abschnitt des Hauptteils 14 eines Anspruchs erscheint, anstatt sofort nach der Präambel zu folgen, begrenzt dieser nur das Element, das in dem Abschnitt beschrieben ist, wobei andere Elemente nicht vom Anspruch insgesamt ausgeschlossen werden.
Der Ausdruck „im Wesentlichen bestehend aus“ begrenzt den Umfang eines Anspruchs auf die angegebenen Materialien oder Schritte, plus denjenigen, die nicht erheblich die Grund- und neuartigen Merkmal(e) des beanspruchten Gegenstands beeinflussen.
Die Begriffe „umfassend“, „bestehend aus“ und „im Wesentlichen bestehend aus“ können alternativ verwendeten werden. Wo einer von diesen drei Begriffen verwendet wird, kann der vorliegend offenbarte und beanspruchte Gegenstand die Verwendung eines der anderen beiden Begriffe beinhalten.
Offenbarungen der Veröffentlichungen, auf die in dieser Anwendung verwiesen wird, gelten durch Bezugnahme in vollem Umfang in diese Anwendung aufgenommen, um den Stand der Technik, auf die sich diese vorliegende Offenbarung bezieht, genauer zu beschreiben.
Die folgende ausführliche Beschreibung ist ihrer Art nach lediglich exemplarisch und beabsichtigt nicht, die vorliegende Offenbarung oder die Anwendung oder Verwendungen der vorliegenden Offenbarung zu begrenzen. Darüber hinaus besteht keinerlei Verpflichtung zur Einschränkung auf eine der im vorstehenden Hintergrund oder in der folgenden ausführlichen Beschreibung dargestellten Theorien.
Mit Bezug auf 1A gezeigt, kann ein Fahrzeugmotor (nicht gezeigt) einen Verlagerungsaktuator 54 und einen Betätigerstift 56 aufweisen, der mit dem Aktuator 54 verbunden ist. Der Betätigerstift 56 kann, wie gezeigt, zylindrisch sein oder kann auch jede andere geeignete Form haben. Der Verlagerungsaktuator 54 kann den Betätigerstift 56 in Kontakt mit der Verlagerungsfunktion 52 (1B) bewegen, wenn dieser in einem aktivierten Zustand ist und kann den Betätigerstift 56 vom Kontakt mit der Verlagerungsfunktion 52 trennen, sofern dieser in einem deaktivierten Zustand ist. Der Betätigerstift 56 kann mit der Verlagerungsfunktion 52 zusammenwirken, um die Außenwelle 24 axial (Längsachse 14, Pfeil A) zu der jeweiligen axialen Position 40A, 40B, 40C (1A) zu bewegen, die der Ausgewählten der Vielzahl auswählbarer Nocken 36A, 36B, 36C (1B) entspricht, wenn sich der Verlagerungsaktuator 54 im betätigten Zustand befindet. Es versteht sich, dass sich die Außenwelle 24 in 1A in axialer Position 40A befindet. Es kann vorkommen, dass es mehr als eine Verlagerungsfunktion 52 und mehr als einen Betätigerstift 56 gibt. Die Außenfläche 34 der Außenwelle 24 ist im Bereich zwischen der Verlagerungsfunktion 52 und dem Betätigerstift 56 einer Aktuatorlast ausgesetzt.
Die einstellbare Nockenwelle 10 dient zum Umschalten auf eine oder mehrere auswählbare Nockenwellennocken 36A, 36B, 36C (1B). Die gleitende Nockenwelle 10 umfasst eine Innenwelle 22 und eine Außenwelle 24. Die verstellbare Nockenwelle 10 kann eine oder mehrere Außenwellen 24 umfassen. Die innere Welle 22 hat eine Außenverzahnung 26. Die Außenwelle 24 hat eine Innenfläche 28 (1A), die mit einer internen Kerbverzahnung 30 (1A) konfiguriert ist, um ein Drehmoment von der externen Kerbverzahnung 26 der Innenwelle 22 zu übertragen und um axial an der externen Kerbverzahnung 26 (Längsachse 14 Pfeil A) der Innenwelle 22 zu gleiten.
Bezugnehmend auf 1B verbindet der Nockenstößelmechanismus 44 des Motors (nicht gezeigt) das Ventil 42 mit dem ausgewählten Nockenwellennocken, das als Element 36A in 1B zum Öffnen und Schließen des Ventils 42 gemäß dem jeweiligen Nockenprofil (als 38A in 1B gezeigt) gezeigt ist. Der Nockenstößelmechanismus 44 kann ein Rollenschlepphebel sein, wie gezeigt wird und wie es die Fachleute verstehen - oder vielleicht ein anderer geeigneter Nockenstößelmechanismus. Der Nockenstößelmechanismus 44 beinhaltet einen Nockenstößel 46. Der Nockenstößel 46 kann, wie dargestellt, eine Rolle oder eine andere Kurvenrolle sein. Eine Ventilfeder 48 kann mit dem Ventil 42 verbunden sein und kann das Ventil 42 „verzerren“ (here: .....?), um das Ventil 42 in Richtung einer geschlossenen Position (nicht gezeigt) in einem Motorzylinder (nicht gezeigt) und in Richtung der ausgewählten Nockenform (wie als 36A dargestellt) zu drängen. Die Außenfläche 34 der äußeren Welle 24 ist fähig, sowohl dem Verschleiß als auch der Ventilbelastung (Pfeil FV) bei einer zweiten Schnittstelle 50 zwischen den Nockenformen 36A, 36B, 36C und dem Nockenstößel 46 ausgesetzt zu sein.
Wie in 1A dargestellt, weist die Außenwelle 24 eine Außenfläche 34 auf. Wie in 1B dargestellt ist Außenfläche 34 mit dem einen oder mehreren wählbaren Nockenwellennocken 36A, 36B, 36C, die entsprechende Nockenprofile 38A, 38B, 38C haben, konfiguriert und die den relevanten axialen Positionen 40A, 40 B, 40C der Außenwelle 24 in Relation zu der Innenwelle 22 entsprechen. Der ausgewählte Nockenwellennocken (dargestellt als 36A in 1B) und dessen jeweiliges Nockenprofil (dargestellt als 38A in 1B) wird durch Positionierung der Außenwelle 24 an der entsprechenden axialen Position (dargestellt als 40A 1B) ausgewählt.
Die Innenfläche 28 der Außenwelle 24 kann mit einer Positionierungsfunktion 74 in Form einer Vielzahl von Vertiefungen 75 zum zeitweiligen Positionieren der Außenwelle 24 an der jeweiligen axialen Position 40A, 40B, 40C relativ zu der Stützwelle 22 konfiguriert sein, was dem Ausgewählten der Vielzahl auswählbarer Nockenwellennocken 36A, 36B, 36C entspricht. Die einstellbare Nockenwelle 10 kann einen Rastmechanismus 60 aufweisen, der ferner eine Vorspanneinrichtung 70 (wie eine Feder) und eine Rastkugel 72 (oder ein Rastelement) 72 umfassen kann.
Mit Bezug auf 3 während des Montagevorgangs der einstellbaren Nockenwelle 10 der vorliegenden Offenbarung, versteht es sich, dass die Vorspanneinrichtung 70, ein Presssitzring 18 und ein Rastelement 72 in die Bohrung 12 der Stützwelle 22 eingesetzt werden, wobei das Rastelement (Kugel) in dem Einpressring 18 im oberen Bereich der Bohrung 12 angeordnet ist. Die Presssitzhalterung 18 hält während des Montagevorgangs das Rastelement (Rastkugel 72) innerhalb der Bohrung 12 der Stützwelle 22 in Position. Dementsprechend erspart die Verwendung der Presssitzhalterung 18 der vorliegenden Offenbarung die Notwendigkeit, die Außenwelle 24 an einem Endbereich einer Stützwelle vor oder während des Montageverfahrens der Vorspanneinrichtung 70 und des Rastelements in die Stützwelle 22 zu installieren.
Bei herkömmlichen verstellbaren Nockenwellenentwürfen 10 (nicht gezeigt) wurde die Außenwelle 24 (die ein Nockenpaket aufweist) sofort von ihrer „gelagerten“ Position am Ende der Stützwelle 22 in den Bereich der Stützwelle 22 bewegt, der die Bohrung 12 definierte, sobald die Rastkugel 72 oder das Rastelement innerhalb der Bohrung 12 montiert wurde. Dieser Montageschritt war notwendig, um ein unbeabsichtigtes Herausfallen der Rastkugel 72 oder des Rastelements aus der Bohrung 12 in der Stützwelle 22 zu verhindern. Im Hinblick auf die Implementierung des Einpressringes 18 mittels der vorliegenden Offenbarung wird der Montageprozess verbessert, da die Gefahr nicht mehr besteht, dass die Rastkugel 72 aus der Stützwelle 22 herausfällt, da die Rastkugel 72 oder das Rastelement die Position innerhalb der Bohrung 12 ohne Hilfe der Außenwelle 24 während des Montagevorgangs beibehält. Als weiterer Vorteil kann die Länge der Stützwelle 22 verkürzt werden, da der Bereich der lediglich zum Stützen der Außenwelle 24 im Montageverfahren dient, nicht mehr erforderlich ist. Zuvor erforderte das Montageverfahren zusätzlich, dass die Außenwelle 24 vollständig über die Vorspannvorrichtung 70 und das Rastelement beim Einsetzen der Rastkugel 72 und der Vorspanneinrichtung 70 beim Einsetzen in die Bohrung 12 bewegt wird.
Es versteht sich jedoch auch, dass eine traditionelle Stützwelle 22 aufgrund der auf die Stützwelle 22 durch den Halteringring 18 ausgeübten Beanspruchungen einer übermäßigen Wellenbiegung und einer Planlaufabweichung unterliegen kann. Nun Bezug nehmend auf 4, übt der Haltering 18' Spannungen 92' auf die herkömmliche Stützwelle 22' aus, um zu bewirken, dass die Stützwelle 22' gebogen oder abgelenkt wird, wie in 4 dargestellt. Unter dem unerwünschten Zustand, der in 4 dargestellt ist, absorbiert der Bereich der Stützwelle 22', der den Presspasshalterring 18' umgibt, die Energie und lenkt diese entlang der Längsachse 14 A-A der Stützwelle 22' ab. Die unerwünschte Biegung in der Stützwelle 22' kann dann bewirken, dass sich die Stützwelle 22' aus der Mitte dreht.
Dementsprechend sieht die vorliegende Offenbarung eine verbesserte einstellbare Nockenwelle 10 vor, die eine verringerte Biegung und verringerte Planlaufabweichungen erfährt, um die Auslenkung (in 4 dargestellt) und die Planlaufabweichungen zu reduzieren. Die einstellbare Nockenwelle 10 der vorliegenden Offenbarung kann in einem Verbrennungsmotor implementiert werden, wobei die einstellbare Nockenwelle 10 eine Außenwelle 24 mit einem Nockenpaket und eine Stützwelle 22, die eine Bohrung 12 mit einer Entlastungsnut 16 definiert (2A - 2E, 3 und 5), die außerhalb der Bohrung 12 ausgebildet ist, umfasst. Die Stützwelle 22 erstreckt sich entlang einer Längsachse 14 (A-A). Die Außenwelle 24 ist entlang der Länge der Stützwelle 22 (entlang der Längsachse 14) in beispielhaften Positionen 40A, 40B, 40C verschiebbar, wobei die Außenwelle 24 an der Stützwelle 22 in mindestens zwei axialen Rastpositionen einrastbar ist. Eine Vorspanneinrichtung 70, eine Presssitzhalterung 18 und ein Rastelement können innerhalb der Bohrung 12 angeordnet werden, sodass die Vorspanneinrichtung 70 das Rastelement (oder die Rastkugel 72) in Richtung einer Vertiefung einer Vielzahl von Vertiefungen in der Außenwelle 24 drückt. Die Vorspanneinrichtung 70 kann oder kann nicht in Form einer Feder ausgebildet sein, wie in 1 dargestellt. Wie weiterhin in 1 dargestellt, ermöglicht jede Vertiefung in der Vielzahl von Vertiefungen, dass sich die Außenwelle 24 zwischen drei verschiedenen Positionen bewegt.
Wie in den 1A und 3 dargestellt, kann die Vorspanneinrichtung 70 innerhalb der Bohrung 12 der Stützwelle 22 angeordnet werden. Die Vorspanneinrichtung 70 kann eine Spiralfeder sein, wie gezeigt, oder eine beliebige andere geeignete Vorspanneinrichtung 70. Wie in 1A gezeigt, kann die Rastkugel 72 zwischen der Vorspanneinrichtung 70/der Stützwelle 22 auf einer Seite der Rastkugel 72 und die Außenwelle 24 auf der anderen Seite der Rastkugel 72 angeordnet werden. Die Vorspanneinrichtung 70 bringt eine radial nach außen gerichtete Vorspannkraft auf die Rastkugel 72 auf. Das Positionierungsmerkmal 74 (1A) kann eine Umfangsrastnut mit mehreren Vertiefungen 75 sein, wie dargestellt, die an der Innenfläche 28 der Außenwelle 24 ausgebildet ist. Die Positionierfunktion 74 kann entsprechend konfiguriert werden, um vorübergehend die Außenwelle 24 an der entsprechenden axialen Position 40A, 40B, 40C relativ zur Innenwelle 22 durch Einrücken der Rastkugel 72 des Rastmechanismus 60 zu positionieren.
In Bezug auf die vorstehend erwähnte Entlastungsnut 16, die außerhalb der Bohrung 12 definiert ist, ist die Entlastungsnut 16 an der Außenfläche der Stützwelle 22 definiert und kann auf verschiedene Arten konfiguriert sein. Nicht einschränkende Beispielkonfigurationen für die Entlastungsnut 16 können eine kreisförmige Entlastungsnut 37 (2A - 2B), eine halbkreisförmige Entlastungsnut 38 (2C), eine gerade Entlastungsnut 40 (2D) oder eine Umfangsentlastungsnut 40 (2E) sein. Die Umfangsentlastungsnut, die in 2E kann eine Länge haben, die sich über den gesamten Umfang der Stützwelle erstreckt, oder die Umfangsentlastungsnut kann eine Länge haben, die geringer ist als der Umfang der Stützwelle, wodurch eine solche Nut teilkreisförmig wird. Es versteht sich, dass ein mittlerer Bereich 80 auch auf der Stützwelle 22 definiert ist, wobei der mittlere Bereich 80 als der Bereich der Stützwelle 22 definiert ist, der zwischen der Bohrung 12 und der Entlastungsnut 16 angeordnet ist. Der Zwischenbereich 80 ist daher der Bereich der Stützwelle 22, der zwischen dem oberen Ende der Bohrung 12 und der Entlastungsnut 16 definiert ist, wie in den 2A - 2E, 3 und 5 gezeigt. Unabhängig davon, welche Form die Entlastungsnut 16 annimmt, sind die Entlastungsnut 16 und der Zwischenbereich 80, der der Entlastungsnut 16 zugeordnet ist, so konfiguriert, dass diese strukturelle Lasten absorbieren, die durch den Presssitzring 18 auf die Stützwelle 22 ausgeübt werden, sodass die Auslenkung der Stützwelle 22 wesentlich auf den Zwischenbereich 80 der Stützwelle 22 begrenzt ist. Es versteht sich, dass der Zwischenbereich 80 der Stützwelle 22 der Bereich der Stützwelle 22 ist, der zwischen dem oberen Ende der Bohrung 12 und der Entlastungsnut 16 definiert ist.
In den verschiedenen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung kann die Nuttiefe 20 der Entlastungsnut 16 variieren oder entlang einer Länge 27 der Entlastungsnut 16 fest sein. Unabhängig davon, ob die Nuttiefe 20 fest ist oder entlang der Länge 27 der Entlastungsnut 16 variiert, kann die Nuttiefe 20 in einen Tiefenbereich von ungefähr 1,5 mm bis ungefähr 6,0 mm fallen. Es versteht sich ebenfalls, dass unabhängig davon, ob die Nuttiefe 20 fest ist oder entlang der Länge 27 der Entlastungsnut 16 variiert, die Entlastungsnutbreite 31 ebenfalls fest sein kann oder entlang der Länge 27 der Entlastungsnut 16 variieren kann. Unabhängig davon, ob die Nutbreite 31 fest ist oder variiert, kann die Entlastungsnut 16 eine Nutbreite 31 definieren, die in einen Breitenbereich von ungefähr 1,5 mm bis ungefähr 6 mm fällt. Nun Bezug nehmend auf die 2A, 2C - 2E und 3 kann die Bohrung 12 der Stützwelle 22 verschiedener beispielhafter Ausführungsformen einen Bohrungsdurchmesser 32 haben, der in einen Durchmesserbereich von ungefähr 8 mm bis ungefähr 16 mm fällt.
Mit Bezug auf 6 der vorliegenden Offenbarung ist ein Flussdiagramm 90 dargestellt, das ein beispielhaftes, nicht einschränkendes Verfahren zum Herstellen einer einstellbaren Nockenwelle 10 gemäß der vorliegenden Offenbarung veranschaulicht. Das Herstellungsverfahren umfasst die folgenden Schritte: (1) Bereitstellen einer Stützwelle mit einer Bohrung und einer in der Stützwelle definierten Entlastungsnut; Schritt 44 (2) Einsetzen einer Vorspanneinrichtung in einen unteren Bereich der Bohrung; Schritt 46 (3) Einsetzen eines Rastelements in die Bohrung, sodass das Rastelement an ein oberes Ende der Vorspanneinrichtung angrenzt; Schritt 48 (4) Einpressen eines Presssitzhalterings in einem oberen Bereich der Bohrung, sodass das Rastelement in einer durch den Presssitzhaltering definierten Öffnung angeordnet ist; Schritt 50 (5), Positionierung der Außenwelle auf die Stützwelle, sodass das Rastelement in einer Vielzahl von Rastpositionen, die auf der Außenwelle 24 definiert sind, angeordnet sein kann. Schritt 51
Es versteht sich, dass bei dem vorgenannten Verfahren zur Herstellung einer einstellbaren Nockenwelle 10 die Entlastungsnut 16 außerhalb der mindestens einen Bohrung 12 derart definiert ist, dass ein Zwischenbereich 80 der Stützwelle 22 zwischen der Entlastungsnut 16 und der Bohrung 12 definiert ist. Die Entlastungsnut 16 ist konfiguriert, um die Auslenkung der Stützwelle entlang einer Längsachse 14 der Nockenwelle zu reduzieren. Die Entlastungsnut 16 kann in verschiedenen Formen vorgesehen sein. Beispielhafte nicht einschränkende Konfigurationen sind als eine von einer kreisförmigen Nut 37, einer halbkreisförmigen Nut, einer geraden Nut und einer Umfangsnut konfiguriert. Das Rastelement 72 (Rastkugel 72) und die Vorspanneinrichtung 70 zum Beaufschlagen des Rastelements 72 mit Kraft können in einer Aufnahmebohrung 12 der Stützwelle 22 angeordnet sein, wie in 1A dargestellt. Weiterhin können, wie in 1A veranschaulicht, Vertiefungen 75 oder Rastelementaufnahmen 75 auf der Innenseite in der Außenwelle 24 in Form der Profilnuten definiert werden.
Wenn die Nockenwelle 10 montiert werden muss, muss zuerst die Vorspanneinrichtung 70 in die Aufnahmebohrung 12 in der Nockenwelle 10 eingeführt werden, und anschließend muss das Rastelement (Kugel) in die Aufnahmebohrung 12 entgegengesetzt der Federkraft eingesetzt werden, bevor die Außenwelle 24 auf der Stützwelle 22 angeordnet wird. Beim anschließenden Aufschieben der Außenwelle 24 ergibt sich die Schwierigkeit, dass das Rastelement entgegen der Federkraft der Vorspanneinrichtung 70 in die Aufnahmebohrung 12 gedrückt werden muss, um ein Blockieren der Außenwelle 24 beim Aufschieben auf die Stützwelle 22 durch das kugelförmige Rastelement zu verhindern.
Wie zuvor beschrieben, hat sich der Herstellungsprozess für die einstellbare Nockenwelle 10 verbessert, da nicht mehr die Gefahr besteht, dass die Rastkugel 72 aus der Stützwelle 22 herausfällt, da die Rastkugel 72 oder das Rastelement die Position innerhalb der Bohrung 12 während des Montagevorgangs ohne Unterstützung durch die Außenwelle 24 beibehält. Wie bereits erwähnt, kann die Länge der Stützwelle 22 verkürzt werden, vorausgesetzt, dass der Bereich lediglich zum Stützen der Außenwelle 24 im Montageverfahren dient und daher nicht mehr erforderlich ist.
Während mindestens eine exemplarische Ausführungsform in der vorstehenden ausführlichen Beschreibung dargestellt wurde, versteht es sich, dass es eine große Anzahl an Variationen gibt. Es versteht sich weiterhin, dass die exemplarische Ausführungsform oder die exemplarischen Ausführungsformen lediglich Beispiele sind und den Umfang, die Anwendbarkeit oder die Konfiguration dieser Offenbarung in keiner Weise einschränken sollen. Die vorstehende ausführliche Beschreibung stellt Fachleuten auf dem Gebiet vielmehr einen zweckmäßigen Plan zur Implementierung der exemplarischen Ausführungsform bzw. der exemplarischen Ausführungsformen zur Verfügung. Es versteht sich, dass verschiedene Veränderungen an der Funktion und der Anordnung von Elementen vorgenommen werden können, ohne vom Umfang der Offenbarung, wie er in den beigefügten Ansprüchen und deren rechtlichen Entsprechungen aufgeführt ist, abzuweichen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102010011897 A1 [0004]

Claims

Einstellbare Nockenwelle für einen Verbrennungsmotor, wobei die einstellbare Nockenwelle Folgendes umfasst: Stützwelle, die sich entlang einer Längsachse erstreckt, Außenwelle mit einem Nockenelement, das auf der Stützwelle angeordnet ist, sodass die Außenwelle entlang der Stützwelle entlang der Längsachse verschiebbar ist, wobei die Außenwelle auf der Stützwelle in mindestens zwei axialen Rastpositionen verschiebbar ist, und eine Bohrung, die in der Stützwelle definiert ist, wobei eine Entlastungsnut außerhalb der Bohrung definiert ist, wobei ein Vorspannelement, eine Presssitzhalterung und ein Rastelement innerhalb der Bohrung angeordnet sind, sodass das Vorspannen das Rastelement in Richtung einer Vertiefung einer Vielzahl von Vertiefungen in der Außenwelle drückt.
Verstellbare Nockenwelle für einen Verbrennungsmotor nach Anspruch 1, wobei die Entlastungsnut als eine von einer kreisförmigen Nut, einer halbkreisförmigen Nut, einer geraden Nut und einer Umfangsnut ausgebildet ist.
Verstellbare Nockenwelle für einen Verbrennungsmotor nach Anspruch 2, wobei die Entlastungsnut eine Nuttiefe definiert, die entlang einer Länge der Entlastungsnut variiert.
Verstellbare Nockenwelle für einen Verbrennungsmotor nach Anspruch 2, wobei die Entlastungsnut eine Nuttiefe definiert, die entlang einer Länge der Entlastungsnut festliegt.
Verstellbare Nockenwelle für einen Verbrennungsmotor nach Anspruch 3, wobei die Nuttiefe in einen Tiefenbereich von ungefähr 1,5 mm bis ungefähr 6 mm fällt.
Verstellbare Nockenwelle für einen Verbrennungsmotor nach Anspruch 4, wobei die Nuttiefe in einen Tiefenbereich von ungefähr 1,5 mm bis ungefähr 6 mm fällt.
Verstellbare Nockenwelle für einen Verbrennungsmotor nach Anspruch 5, wobei die Entlastungsnut eine Nutbreite definiert, die in einen Breitenbereich von ungefähr 1,5 mm bis ungefähr 6 mm fällt.
Verstellbare Nockenwelle für einen Verbrennungsmotor nach Anspruch 6, wobei die Entlastungsnut eine Nutbreite definiert, die in einen Breitenbereich von ungefähr 1,5 mm bis ungefähr 6 mm fällt.
Verstellbare Nockenwelle für einen Verbrennungsmotor nach Anspruch 7, wobei die Bohrung einen Bohrungsdurchmesser definiert, der in einen Durchmesserbereich von ungefähr 8 mm bis ungefähr 16 mm fällt.
Verstellbare Nockenwelle für einen Verbrennungsmotor nach Anspruch 8, wobei die Bohrung einen Bohrungsdurchmesser definiert, der in einen Durchmesserbereich von ungefähr 8 mm bis ungefähr 16 mm fällt.