DE4026480C2 - Nockenwelle, insbesondere für Ladungswechselventile einer Brennkraftmaschine, mit zumindest einem Schwenknocken - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Nockenwelle gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Eine Nockenwelle dieses Aufbaus ist aus der DE 32 34 640 A1 bekannt. Sie dient dort zur Erzielung variabler Steuerzeiten für Ladungswechselventile einer Brennkraftmaschine. Die Tragwelle der Nockenwelle besitzt einen dort als Mitnehmer bezeichneten, radial über den Umfang des im übrigen kreisförmigen Tragwellenquerschnitts hinausragenden, dort durch ein zusätzliches Teil gebildeten Bereich, der mit Spiel in Umfangsrichtung der Tragwelle von einer inneren Ausnehmung des Nockens aufgenommen ist; die seitlichen Begrenzungsflä­ chen dieser Ausnehmung bilden Anschläge für den definierten, radial überstehenden Be­ reich an der Tragwelle. Die innere Ausnehmung im Nocken steht über ein Rückschlagventil mit einem in der Tragwelle vorgesehenen Zufuhrkanal für ein hydraulisches Druckmittel in Verbindung, und der beschriebenen radial überstehende Bereich an der Tragwelle ist mit einer Drosselbohrung versehen, so daß durch das Druckmittel eine Dämpfung der Relativ­ bewegungen zwischen Nocken und Tragwelle erfolgt. Infolge Drehzahlunabhängigkeit des Querschnitts der Drosselbohrung ist diese Dämpfung bei dem beschriebenen Stand der Technik drehzahlabhängig. Zumindest bei hohen Drehzahlen ist davon auszugehen, daß in den Betriebsphasen, in denen der Nocken (Schwenknocken) sich mit höherer Winkelge­ schwindigkeit als die Tragwelle bewegt, er diese also gleichsam zu überholen sucht, der bezüglich der Nockenbewegung hintere Anschlag bei seiner Bewegung in Richtung auf den radial überstehenden Bereich an der Tragwelle gedämpft und demgemäß ein hartes An­ schlagen vermieden wird. Diese Betriebsphase tritt dann auf, wenn der Nocken nach Durchlaufen des maximalen Ventilhubwerts mit seiner hinteren Flanke auf dem Ventilschaft bzw. einem Tassenstößel aufliegt und durch die Ventilrückstellkraft in Drehrichtung der Tragwelle beschleunigt wird.

Da sich bei der bekannten Nockenwelle die mit einem hydraulischen Druckmittel arbeitende Dämpfungsvorrichtung sowohl in die Tragwelle als auch in den Nocken hinein erstreckt, muß durch geeignete Maßnahmen, wie Einhaltung enger Toleranzen, für eine Abdichtung auch der Ausnehmung in dem Nocken gesorgt werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine gattungsgemäße Nockenwelle so auszubil­ den, daß einerseits ein hartes Anschlagen zumindest eines der Anschläge an die ihm zuge­ kehrte Fläche des radial überstehenden Tragwellenbereichs und damit eine störende Ge­ räuschentwicklung mit Sicherheit vermieden ist, sich andererseits aber aufwendige Dicht­ maßnahmen erübrigen.

Die erfindungsgemäße Lösung dieser Aufgabe besteht in den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs, vorteilhafte Ausbildungen der Erfindung beschreiben die Unteransprü­ che.

Bei einer ersten, in den Ansprüchen 2 und 3 angegebenen Ausführungsform der Erfindung sind jegliche Dichtmaßnahmen ganz einfach durch Verwendung eines Puffers aus elasti­ schem Material vermieden. Die weiteren Ausführungsformen der Erfindung arbeiten zwar mit einem hydraulischen Druckmittel, jedoch ist die Dämpfungsvorrichtung völlig in die Tragwelle integriert, so daß außerhalb derselben keinerlei druckmittelgefüllte Kammern oder derglei­ chen vorliegen, sich dort also Dichtmaßnahmen erübrigen.

Im folgenden werden drei Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Fig. 1 bis 3 erläutert, die Querschnitte durch die Nockenwelle wiedergeben.

Betrachtet man das erste Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1, so dient der von der im Pfeil­ sinne rotierenden Tragwelle 1 angetriebene Nocken 2 dazu, ein Ladungswechselventil über den Hydrostößel 3 bekannten und daher hier nicht im einzelnen beschriebenen Aufbaus zu öffnen, d. h. in der Figur nach unten zu verschieben, das unter der Wirkung einer demge­ mäß in Richtung nach oben Kräfte ausübenden Schließfeder steht. Sobald der Nocken mit seiner bezüglich der Bewegungsrichtung vorderen Flanke 4 zur Auflage auf der Stößelfläche 5 kommt, beginnt die Öffnungsbewegung des Ventils. An sich ist der Nocken 2 dreh- oder schwenkbar auf der Tragwelle 1 gelagert, jedoch ist diese Schwenkbarkeit dadurch be­ grenzt, daß den Flächen 6 und 7 des über den Grundkreis 8 radial hinausragenden Tragwel­ lenbereichs 9 Anschläge 10 und 11 am Nocken 2 gegenüberstehen, die eine innere Aus­ nehmung 12 im Nocken 2 begrenzen. Diese innere Ausnehmung 12 ermöglicht also Relativ­ bewegungen zwischen Nocken 2 und Tragwelle 1 in Umfangsrichtung und begrenzt diese Relativbewegungen durch die Anschläge 10 und 11.

Während der Öffnungsbewegung des Ventils, d. h. bis zu dem Zeitpunkt, in dem der Noc­ kenscheitel 13 über die Fläche 5 gleitet, sorgt die Reibung zwischen Fläche 5 und Noc­ kenumfang für Kontakt der Flächen 7 und 11, wie er in Fig. 1 dargestellt ist. Sobald aber die bezüglich der Bewegungsrichtung hintere Nockenflanke 14 zur Auflage auf der Fläche 5 gelangt, übt die erwähnte Ventilschließfeder eine ebenfalls in Richtung des Pfeils wirkende Kraft auf den Nocken 2 aus, so daß dieser relativ zu der Tragwelle 1 ebenfalls in Um­ fangrichtung verdreht wird. Die dabei auftretenden Beschleunigungen können so hoch sein, daß durch die harte Kontaktgabe zwischen Fläche 6 und Anschlag 10 unzumutbare Geräu­ sche entstehen; ggf. kann es auch zu Beschädigungen der in Berührung gelangenden Ober­ flächen kommen.

Diese Nachteile werden erfindungsgemäß durch Vorsehen des Puffers 15 aus elastischem Material vermieden, der in die Ausnehmung 16 in der Tragwelle 1 so eingesetzt ist, daß seine vordere oder äußere Fläche 17 über die Tragwellenfläche 6 vorsteht. Irgendwelche Dicht­ probleme scheiden bei dieser Lösung von vornherein aus, da flüssige Druckmittel nicht ver­ wendet sind.

Zur Unterstützung der Nachgiebigkeit des Puffers 15 steht der hinter dem Puffer befindliche Bereich 18 der Ausnehmung 16 über die Entlastungsbohrung 19 mit der auf der gegenüber­ liegenden Seite des Tragwellenbereichs 9 befindlichen Fläche 7 in Verbindung, so daß bei Druckbeaufschlagung des Puffers 15 in der Figur von links her dieser nach rechts in den Raum 18 ausweichen kann.

In dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 liegen grundsätzlich dieselben Verhältnisse wie in demjenigen nach Fig. 1 vor: Wiederum findet sich eine Tragwelle 20, die mit einem über den Umfang des Grundkreises 21 radial überstehenden Bereich 22, dessen, Seitenflächen mit 23 und 24 bezeichnet sind, in die Ausnehmung 25 des Nockens 26 hineinragt. Die die Ausnehmung 25 begrenzenden Seitenflächen dienen auch hier als mit den bereits erwähn­ ten Flächen 23 und 24 individuell zusammenwirkende Anschläge 27 und 28. Auch hier dient der Nocken 26 mit seinen Flanken 29 und 30 zur Erzeugung einer Öffnungsbewegung für das Ventil, die über den Hydrostößel 31 auf dieses übertragen wird; die Schließbewe­ gung des Ventils erfolgt dagegen wiederum durch die von einer üblichen Ventilschließfeder ausgeübten Kräfte. Auch in diesem Ausführungsbeispiel werden die Schwenkbewegungen des Nockens 26 relativ zur Tragwelle 20 durch die Reibung an der Auflagefläche 32 des Nockens in Verbindung mit den von der Schließfeder ausgeübten Kräften bzw. Momenten hervorgerufen.

In diesem Ausführungsbeispiel findet sich eine hydraulische Dämpfungsvorrichtung mit dem über die Fläche 23 vorstehenden, analog dem Puffer 15 in Fig. 1 wirkenden Kolben 33, der dichtend in der ölgefüllten Bohrung 34 in Richtung seiner Achse bewegbar geführt ist. Sein Kolbenzapfen 35 dient zur Führung der Druckfeder 36, die den Kolben 33 nach außen in Richtung auf den Anschlag 27 kraftbeaufschlagt.

In diesem Ausführungsbeispiel erfüllt der Kolbenzapfen 35 noch eine weitere Aufgabe: Kurz vor Beendigung der Schwenkbewegung des Nockens 26 relativ zur Tragwelle 20 taucht der Kolbenzapfen 35 in die Sackbohrung 37 ein, die so bemessen ist, daß für das als Druckmit­ tel verwendete Öl nur ein schmaler Ringspalt als Strömungsquerschnitt verbleibt.

Auch vor dem Eintauchen des Kolbenzapfens 35 in die Sackbohrung 37 erfolgt eine Drosse­ lung, nämlich durch die Strömungsdrossel 38 in der Sackbohrung 37; die Drossel 38 ist auf einer Scheibe angeordnet, die zugleich den Sitz des Rückschlagventils 39 bildet, das so ausgerichtet ist, daß es nur in Richtung Öllieferung in die Ausnehmung 34 öffnet.

Die Sackbohrung 37 bildet zusammen mit weiteren Bohrungen oder Kanälen 40 und 41 (letzterer in Axialrichtung der Tragwelle 20) einen in die Tragwelle integrierten Zufuhrkanal für das hydraulische Druckmittel. Der Längskanal 41 steht in Verbindung beispielsweise mit der Ölversorgung der Brennkraftmaschine.

Wie aus diesem Ausführungsbeispiel deutlich ersichtlich, erstreckt sich die beschriebene hydraulische Dämpfungsvorrichtung ausschließlich innerhalb der Tragwelle 20, erfaßt also nicht die innere Ausnehmung 25 im Nocken 26, so daß Dichtprobleme vermieden sind.

Auch die Ausführungsform der Erfindung gemäß Fig. 3 besitzt eine hydraulische Däm­ fungsvorrichtung. Da - bis auf Einzelheiten hinsichtlich dieser Dämpfungsvorrichtung - die­ selben Verhältnisse vorliegen wie im vorangehenden Ausführungsbeispiel nach Fig. 2, sei lediglich erwähnt, daß die Tragwelle 50 auch hier mit einem radial überstehenden Bereich 51 in eine innere Ausnehmung 52 des Nockens 53 bis zum Wirksamwerden der Anschläge 54 und 55 begrenzt verschwenkbar hineinragt. Auch in dieser Konstruktion dient der Nocken 53 zum Öffnen des Ventils, das durch den Hydraulikstößel 56 angedeutet ist.

Bei dieser Konstruktion enthält die Dämpfungsvorrichtung einen in der Ausnehmung 57 der Tragwelle 50 verschiebbaren Kolben 58 mit zwei Kolbenzapfen 59 und 60. Bereits nach ei­ nem kurzen Kolbenhub (Kolbenbewegung nach rechts) taucht der äußere, (vordere) Dros­ selzapfen 60 in die Sackbohrung 61, die wiederum einen Bestandteil des ferner die Bohrun­ gen 62 und 63 enthaltenden Zufuhrkanals für das Druckmedium bildet, ein und sorgt über den dann entstehenden Ringspalt für eine erste Strömungsdämpfung, während gegen Ende des in Fig. 3 nach rechts gerichteten Hubes des Kolbens 58 der innere (hintere) Drossel­ zapfen 59 für einen noch kleineren ringförmigen Strömungsspalt sorgt. Bei dieser Konstruk­ tion erübrigt sich das in Fig. 2 mit 38, 39 bezeichnete Rückschlagventil.

Mit der Erfindung ist demgemäß eine gattungsgemäße Nockenwelle geschaffen, die mit einfachen, zuverlässigen Mitteln Relativbewegungen zwischen Nocken und Tragwelle vor Wirksamwerden eines Anschlags dämpft und demgemäß Geräuschentwicklung und Ver­ schleißerscheinungen entgegenwirkt, ohne daß Dichtungsprobleme infolge Verwendung eines hydraulischen Druckmittels auftreten.

Claims (9)

1. Nockenwelle, insbesondere für Ladungswechselventile einer Brennkraftmaschine, mit zumindest einem auf einer Tragwelle begrenzt schwenkbar gelagerten Nocken, der mit einer inneren Ausnehmung einen über einen Kreisquerschnitt radial überstehenden Bereich an der Tragwelle mit Umfangsspiel zwischen Anschlägen aufnimmt, und mit einer Vorrichtung, die die Annäherungsbewegungen zwischen dem überstehenden Be­ reich und zumindest einem der Anschläge dämpft, dadurch gekennzeichnet, daß der radial überstehende Bereich (9) an zumindest einer seiner beiden einem der Anschläge (10, 11) gegenüberstehenden Flächen (6, 7) einen über diese vorstehen­ den, bei Berührung mit dem Anschlag (10) nachgiebigen Puffer (15) in einer Ausneh­ mung (16) hält.

2. Nockenwelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Puffer (15) aus elastischem Material besteht.

3. Nockenwelle nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß von der Ausnehmung (16) auf der Rückseite des Puffers (15) ein Druckentla­ stungskanal (19) zur anderen der beiden den Anschlägen gegenüberstehenden Flä­ chen (7) abgeht.

4. Nockenwelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Puffer ein verschiebbarer Kolben (33) ist und die Ausnehmung (34) auf der Rückseite des Kolbens (33) über eine Strömungsdrossel (38) mit einem in die Tragwel­ le (20) integrierten Zufuhrkanal (37, 40, 41) für ein hydraulisches Druckmittel verbun­ den ist.

5. Nockenwelle nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Strömungsdrossel durch eine konstante Querschnittsverringerung (38) im Zu­ fuhrkanal (37, 40, 41) gebildet wird.

6. Nockenwelle nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Strömungsdrossel durch einen erst kurz vor Berührung zwischen dem An­ schlag (54) und der gegenüberstehenden Fläche in den Zufuhrkanal (61, 62, 63) ein­ tauchenden Drosselzapfen (59) an der Kolbenrückseite gebildet wird.

7. Nockenwelle nach einem der Ansprüche 4 bis 6, gekennzeichnet durch ein nur in Richtung vom Druckmittelzulauf zur Ausnehmung (34) öffnendes Rück­ schlagventil (39) im Zufuhrkanal (37, 40, 41).

8. Nockenwelle nach einem der Ansprüche 4 bis 7, gekennzeichnet durch eine den Kolben (33) in Richtung Anschlag (27) kraftbeaufschlagende Druckfeder (36) zwischen der Kolbenrückseite und einer Auflage in der Ausnehmung (34).

9. Nockenwelle nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Puffer (33) demjenigen Anschlag (27) gegenübersteht, der dann wirksam wird, wenn der Nocken (26) mit größerer Winkelgeschwindigkeit als die Tragwelle (20) ro­ tiert.