DE3921923A1 - Nockenwelle - Google Patents
NockenwelleInfo
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- F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
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- F16H53/00—Cams ; Non-rotary cams; or cam-followers, e.g. rollers for gearing mechanisms
- F16H53/02—Single-track cams for single-revolution cycles; Camshafts with such cams
- F16H53/04—Adjustable cams
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
- F01L—CYCLICALLY OPERATING VALVES FOR MACHINES OR ENGINES
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- Engineering & Computer Science (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
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Description
Die Erfindung betrifft eine Nockenwelle für ventilge
steuerte Verbrennungsmotoren mit zwei ineinanderliegenden
Wellenelementen, die zueinander um einen beschränkten
Winkelbetrag verdrehbar sind und wobei erste Nockenele
mente - insbesondere zur Betätigung der Einlaßventile -
mit dem außenliegenden Wellenelement und zweite
Nockenelemente - insbesondere zur Betätigung der
Auslaßventile - mit dem innenliegenden Wellenelement
verbunden sind.
Es ist bekannt, daß bei Verbrennungsmotoren im Bereich der
Teillast und niedriger Drehzahlen eine geringe Über
schneidung der Ventilöffnungsphasen von Auslaß- und Ein
laßventilen aufgrund dynamischer Gaswechseleinflüsse sinn
voll ist, während im Bereich höherer Drehzahlen eine er
hebliche Überschneidung vorteilhaft ist. Sofern die Ein
laßventile und Auslaßventile eines Verbrennungsmotors
jeweils eine einzelne Nockenwelle aufweisen, ist dies mit
verhältnismäßig einfachen Maßnahmen im Antrieb zu verwirk
lichen, beispielsweise indem ein Zugtrum eines Antriebs
riemens mittels einer Verstellrolle verkürzt oder ver
längert wird. Bei einfacheren Motoren für die Großserie,
die den Aufwand zweier getrennter Nockenwellen nicht trei
ben, ist diese Relativverstellung der Nocken zueinander,
die nicht nur im Hinblick auf günstiges Drehmoment bei
niedrigen Drehzahlen und hohe Leistungen bei hohen Dreh
zahlen, sondern auch in Bezug auf Emissionswerte nach
heutigem Stand der Technik zu fordern ist, innerhalb einer
einzigen Nockenwelle zu lösen.
Eine Nockenwelle dieser Art ist aus der EP 02 54 058 A2
bekannt. Hierbei gleiten die dem inneren Wellenelement
zugeordneten Nockenelemente mit einer zylindrischen Boh
rung auf dem außenliegenden Wellenelement, das einen der
Nockenerhebung gegenüberliegenden Umfangsschlitz aufweist,
durch den ein einzelner radialer Befestigungsbolzen hin
durchtritt, der das Nockenelement mit dem zugeordneten
innenliegenden Wellenelement verbindet. Es ist offensicht
lich, daß diese Art der punktuellen Befestigung eine Ver
formung des innenliegenden Wellenelementes im Bereich der
Bolzenbefestigung bei Drehmomentbeaufschlagung des Nockens
zur Folge haben können. Hierdurch sind genaue Steuerzeiten
nicht einzuhalten. Es ist mit Beschädigungen an der Be
festigung zu rechnen.
Hiervon ausgehend liegt der Erfindung die Aufgabe zu
grunde, eine Nockenwelle der eingangs genannten Art be
reitzustellen, bei der eine sichere und winkelgetreue
Verbindung auch zwischen dem innenliegenden Wellenelement
und den zugeordneten Nocken besteht. Die Lösung hierfür
besteht darin, daß das außenliegende Wellenelement den
Nockenerhebungen der zweiten Nockenelemente des innen
liegenden Wellenelementes zugeordnete, auf einen Winkel
bereich beschränkte Umfangsschlitze aufweist, durch die
die auf dem ganzen Umfang mit dem innenliegenden Wellen
element verbundenen zweiten Nockenelemente hindurchtreten,
und daß im Bereich der Nockenerhebung dieser Nocken die
Lauffläche von dem mit dem innenliegenden Wellenelement
verbundenen zweiten Nockenelementen gebildet wird und im
Bereich des Nockengrundkreises die Lauffläche von einem
mit dem außenliegenden Wellenelement verbundenen Er
gänzungselement gebildet wird. Wesentlich ist also, daß
die mit einer zylindrischen Innenbohrung ausgeführten
zweiten Nockenelemente das innenliegende Wellenelement
unmittelbar und über den ganzen Umfang umschließen, so daß
eine sichere Verbindung, beispielsweise eine
kraftschlüssige Verbindung oder eine gelötete oder
geschweißte Verbindung möglich ist und
daß in Konsequenz hieraus die Nockenlauffläche auf die
gegenüber dem äußeren Wellenelement in Umfangsrichtung
verschiebbare gegenüber dem inneren Wellenelement
festgelegte Nockenerhebung und auf ein Ergänzungselement,
das mit dem äußeren Wellenelement fest verbunden ist,
aufgeteilt ist. Sofern das äußere Wellenelement das innere
unmittelbar umschließt, sind im Bereich der Nocken des
innenliegenden Elementes Ausbauchungen im äußeren
Wellenelementes erforderlich. Diese Ausbauchungen können
dann im Bereich des Grundkreises unmittelbar die
Lauffläche bilden und um einen stoßfreien Übergang zur
Nockenerhebung sicherzustellen an den umfangsgerichteten
Rändern des jeweiligen Schlitzes als Steg weitergeführt
werden.
Sofern das äußere Wellenelement einen größeren Durchmesser
aufweist und die Nocken des innenliegenden Wellenelementes
innerhalb des unveränderten Rohrdurchmessers aufnehmen
können, können jeweils benachbart zu den Umfangsschlitzen
zusätzlich Ringkörper auf dem äußeren Wellenelement vor
gesehen sein, die den Grundkreis der Nockenlauffläche
bilden.
Nach einer bevorzugten Ausgestaltung weist das innen
liegende Wellenelement einen durchgehenden Rohrkörper auf,
auf dem ringförmige Nockenelemente festgelegt sind. Ein
geeignetes Verbindungsverfahren besteht in einem in Ab
schnitten vollzogenen inneren Aufweiten des Rohrkörpers im
Bereich der Nockenelemente, insbesondere mit hydraulischer
Umformtechnik. Ebenso ist ein vom Rohrinneren durchge
führtes Laserschweißen unter Zuhilfenahme eines Umlenk
spiegels möglich, wie es als solches bekannt ist.
Nach einer zweiten möglichen Ausgestaltung kann der innen
liegende Rohrkörper aus einzelnen Abschnitten zusammenge
setzt sein, die mit den zuvorbeschriebenen Techniken im
Bereich der Nocken miteinander verbunden werden. Hierbei
kann jeweils ein Nockenelement einstückig mit einem der
Rohrabschnitte verbunden sein.
Das äußere Wellenelement, das zum Aufbau des innenliegen
den Wellenelementes mit den daran befestigten Nocken aus
einzelnen Rohrabschnitten zusammengesetzt sein muß, ist in
bevorzugter Ausgestaltung jeweils im Bereich der Umfangs
schlitze aus den einzelnen Rohrstücken zusammengesetzt.
Hierbei können die ersten Nockenelemente, die mit dem au
ßenliegenden Wellenelement fest verbunden sind, jeweils
mit einem Rohrabschnitt einstückig sein. Das gleiche gilt
für gegebenenfalls vorgesehene, gegenüber dem Rohrdurch
messer vergrößerte Lagerzapfen. Zum Verbinden ist das
Laserschweißen von stumpf aneinandergesetzten Rohrstücken
das bevorzugte Herstellungsverfahren.
Die Herstellung der Nockenwelle erfolgt in der Weise, daß
die einzelnen Rohrabschnitte des außenliegenden Elementes
in der erforderlichen Reihenfolge, insbesondere mittels
einer Hilfs- und Montagevorrichtung aneinandergesetzt
werden, wobei ggf. separate Nockenelemente für die mit dem
äußeren Wellenelement zu verbindenden Einlaßnocken bereits
auf die Rohrabschnitte aufgebracht sind, und dabei im
Bereich der Umfangsschlitze die Nockenelemente zur
Verbindung mit dem innenliegenden Wellenelement eingesetzt
werden. Die einzelnen Rohrstücke des außenliegenden
Wellenelementes sind nunmehr durch Schweißen miteinander
zu verbinden, sofern die Nocken des außenliegenen Elemen
tes nicht einstückig mit einzelnen Rohrabschnitten sind,
sind diese Nocken bereits vor dem Zusammenschweißen der
einzelnen Rohrabschnitte mit jeweils einem entsprechenden
Rohrstück zu verbinden, z. B. auch durch hydraulisches
Aufweiten des Rohrelementes. Nach dem Fertigstellen des
aufliegenden Wellenelementes mit darin bereits eingelegten
Nocken, die mit dem innenliegenden Wellenelement zu
verbinden ist, ist dieses axial einzuschieben und mit den
einzelnen Nocken nach entsprechender Ausrichtung mittels
geeigneter Vorrichtungen zu verbinden, beispielsweise
wiederum durch hydraulisches Aufweiten in einzelnen
Abschnitten. Anstelle des kraftschlüssigen Verbindens kann
auch eine stoffschlüssige Verbindung mittels Schweißtechnik
erfolgen, wobei jeweils aus dem Rohrinneren heraus mittels
durch Spiegel umgelenkte Laserstrahlen geschweißt werden
kann. Die Aufweitungen des außenliegenden Rohrelementes im
Bereich der Nocken des innenliegenden Rohrelementes kann
ebenfalls mittels hydraulischer Umformtechnik jedoch in
einem Gesenk erfolgen, wobei anschließend die
Umfangsschlitze einzufräsen sind.
In an sich bekannter Weise ist eine Verstellvorrichtung an
einem Ende der Rohrkörper vorzusehen, die ein axial ver
schiebliches Koppelelement umfaßt, das gegenüber dem einen
Rohrkörper drehfest geführt ist und gegenüber dem anderen
Rohrkörper nach Art einer Spindel-Mutter-Verbindung in
drehverstellendem Eingriff ist. Zur Verstellung kann ein
axial wirkender Hydraulik-Zylinder vorgesehen sein, der
bei Verschiebung des Koppelelementes die beiden Wellen
elemente gegeneinander verdreht. Eines der beiden Wellen
elemente, vorzugsweise das außenliegende, ist mit einem
Antriebsritzel zu versehen. Selbstverständlich kann auf
eine derartige Verstellvorrichtung innerhalb der Welle
auch verzichtet werden, wenn jedes der Wellenelemente ein
eigenes Antriebsritzel hat, deren Antriebszahnräder grund
sätzlich miteinander im Gleichlauf, in der Phasenlage
jedoch gegeneinander verstellbar sind.
Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in
der Figur dargestellt.
Im einzelnen ist ein innenliegendes rohrförmiges
Wellenelement 1, ein außenliegendes Wellenelement 2 und
eine Verstellvorrichtung 3 erkennbar. Das außenliegende
Wellenelement 2 besteht aus ersten Längsabschnitten 4, in
denen ein Umfangsschlitz 5 vorgesehen ist, zweiten Längsab
schnitten 6, die einen Einlaßnocken 7 tragen und dritten
Längsabschnitten 8, die einstückig einen Lagerzapfen 9
umfassen. Die ersten Längsabschnitte 4 weisen Ausbauchun
gen 10 auf, in denen der Grundkreis der Auslaßnocken 11
aufgenommen wird, wobei diese Ausbauchungen 10 sich in
Stege 12, 13 fortsetzen, die seitlich zum Umfangsschlitz 5
einen Teil der Nockenlaufbahnen bilden. Die Auslaßnocken
11 weisen am Umfang Absätze 14, 15 auf, die den Übergang
von der wirksamen Nockenlaufbahn zum ergänzenden Grund
kreis darstellen. Die Verstellvorrichtung besteht im ein
zelnen aus einem Innenkörper 16, der mit dem innenliegen
den Wellenelement 1 verbunden ist und einer Außenhülse 17,
die mit dem außenliegenden Wellenelement 2 verbunden ist.
Weiter ist ein Koppelelement 18 vorgesehen, das mit einer
Außenverzahnung 19 des Innenkörpers 16 und einer Innenver
zahnung 20 der Außenhülse 17 im Eingriff steht. Eine der
beiden Verzahnungen ist eine Axialverzahnung, während die
zweite der beiden Verzahnungen eine außerhalb der Selbst
hemmung liegende Schrägverzahnung ist. Das Koppelelement
18 ist über eine Feder 21 gegenüber dem Innenkörper 16
abgestützt. Entgegen der Federkraft wird es von einem
Druckkolben 22 beaufschlagt, der innerhalb des Hydraulik
zylinders 23 axial verschiebbar ist und über eine axiale
Ölzuführung 24 druckbeaufschlagbar ist.
Claims (18)
1. Nockenwelle für ventilgesteuerte Verbrennungsmotoren
mit zwei ineinanderliegenden Wellenelementen (1, 2),
die zueinander um einen beschränkten Winkelbetrag
verdrehbar sind, wobei erste Nockenelemente (7) -
insbesondere zur Betätigung der Einlaßventile - mit
dem außenliegenden Wellenelement (2) und zweite
Nockenelemente (11) - insbesondere zur Betätigung der
Auslaßventile - mit dem innenliegenden Wellenelement
(1) verbunden sind,
dadurch gekennzeichnet,
daß das außenliegende Wellenelement (2) den Nockener
hebungen der zweiten Nockenelemente (11) des innenlie
genden Wellenelementes (1) zugeordnete, auf einen
Winkelbereich beschränkte Umfangsschlitze (5) auf
weist, durch die die Nockenerhebungen der auf dem
ganzen Umfang mit dem innenliegenden Wellenelement (1)
verbundenen zweiten Nockenelemente (11) hindurchtre
ten, und daß im Bereich der Nockenerhebung dieser
Nocken die Lauffläche von dem mit dem innenliegenden
Wellenelement (1) verbundenen zweiten Nockenelement
(11) gebildet wird und im Bereich des Nockengrund
kreises die Lauffläche von einem mit dem außenliegen
den Wellenelement (2) verbundenen Ergänzungselement
gebildet wird.
2. Nockenwelle nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Ergänzungselemente durch eine Ausbauchung (10)
des außenliegenden Wellenelementes (2) gebildet sind.
3. Nockenwelle nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Ergänzungselemente aus zumindest einem, bevor
zugt zwei, jeweils benachbart zu einem Umfangsschlitz
(5) angeordneten, auf dem außenliegenden Wellenelement
(2) befestigten Ringkörpern gebildet sind.
4. Nockenwelle nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet,
daß die zweiten Nockenelemente (11) auf dem innen
liegenden Wellenelement (1) einzeln festgelegte Rin
gelemente sind.
5. Nockenwelle nach Anspruch 4,
dadurch gekennzeichnet,
daß das innenliegende Wellenelement ein durchgehender
Rohrkörper ist.
6. Nockenwelle nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet,
daß das innenliegende Wellenelement (1) aus
insbesondere im Bereich der zweiten Elemente (11) aus
ineinandergesteckten Rohrabschnitten besteht.
7. Nockenwelle nach Anspruch 6,
dadurch gekennzeichent,
daß jeweils ein zweites Element (11) mit einem Rohrab
schnitt einstückig verbunden ist, insbesondere aus dem
Rohrmaterial ausgeformt ist.
8. Nockenwelle nach einem der Ansprüche 1 bis 7,
dadurch gekennzeichnet,
daß die zweiten Elemente (11) mit dem Rohrkörper (1)
und/oder die Rohrabschnitte miteinander kraftschlüssig
verbunden sind.
9. Nockenwelle nach einem der Ansprüche 1 bis 7,
dadurch gekennzeichnet,
daß die zweiten Elemente (11) mit dem Rohrkörper (1)
und/oder die Rohrabschnitte miteinander stoffschlüssig
durch Schweißen oder Löten verbunden sind.
10. Nockenwelle nach einem der Ansprüche 1 bis 9,
dadurch gekennzeichnet,
daß das äußere Wellenelement (2) aus einzelnen Rohrab
schnitten (4, 6, 8) zusammengesetzt ist.
11. Nockenwelle nach Anspruch 10,
dadurch gekennzeichnet,
daß die ersten Elemente (7) jeweils einstückig mit
einem Rohrabschnitt (6) des äußeren Wellenelementes
(2) ausgebildet sind.
12. Nockenwelle nach Anspruch 10,
dadurch gekennzeichnet,
daß Lagerzapfen (9) jeweils einstückig mit einem Rohr
abschnitt (8) des äußeren Wellenelementes (2) ausge
bildet sind.
13. Nockenwelle nach einem der Ansprüche 10 bis 12,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Rohrabschnitte (4, 6, 8) des äußeren Wellen
elementes stumpf miteinander verschweißt sind.
14. Nockenwelle nach einem der Ansprüche 1 bis 13,
dadurch gekennzeichnet,
daß eine Verstellvorrichtung (3) an einem Ende der Wel
lenelemente (1, 2) vorgesehen ist, die ein axialver
schiebliches Koppelelement (18) umfaßt, das gegenüber
dem einen Wellenelement (1, 2) drehfest geführt ist
und mit dem anderen Wellenelement (2, 1) nach Art einer
Spindel-Mutter-Verbindung in drehverstellendem Ein
griff ist.
15. Vorrichtung nach Anspruch 14,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Vorrichtung einen Hydraulikzylinder (22, 24)
zur Axialverschiebung des Koppelelementes (18) umfaßt.
16. Verfahren zur Herstellung einer Welle nach einem der
Ansprüche 1 bis 15,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Rohrabschnitte (4, 8) des äußeren Wellenele
mentes (2) nach dem Einbringen der zweiten Nocken
elemente (11) oder der damit verbundenen Rohrstücke
des inneren Wellenelementes (1) miteinander ver
schweißt werden.
17. Verfahren zur Herstellung einer Nockenwelle nach einem
der Ansprüche 1 bis 15,
dadurch gekennzeichnet,
daß nach dem Herstellen des äußeren Wellenelementes
(2) das innere Wellenelement (1) in die zweiten
Nockenelemente (11) eingeschoben und diese durch in
Längsabschnitten erfolgendes hydraulisches Aufweiten
des Rohrkörpers kraftschlüssig festgelegt werden.
18. Verfahren zur Herstellung einer Nockenwelle nach einem
der Ansprüche 1 bis 15,
dadurch gekennzeichnet,
daß nach dem Herstellen des äußeren Wellenelementes
das innere Wellenelement (1) in die zweiten Nocken
elemente (11) eingeschoben und diese durch von innen
erfolgendes Laserschweißen mittels Spiegelumlenkung
festgelegt werden.
Priority Applications (9)
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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Publication Number | Publication Date |
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DE3921923A1 true DE3921923A1 (de) | 1991-01-17 |
DE3921923C2 DE3921923C2 (de) | 1991-05-16 |
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Family Applications (1)
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Country Status (2)
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DE (1) | DE3921923A1 (de) |
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DD296332A5 (de) | 1991-11-28 |
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