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Die Erfindung betrifft eine Nockenwellenanordnung
gemäß dem Oberbegriff
des Patentanspruchs 1. Die begrenzte Schwenkbarkeit einzelner Nocken
ist beispielsweise zur Erzeugung bestimmter Ventilhubkurven bei
Ladungswechselventilen von Brennkraftmaschinen von Bedeutung. So
beschreiben die
DE
32 34 640 C2 und die
DE 41 00 087 A1 gattungsgemäße Nockenwellenanordnungen
für Ladungswechselventile
von Brennkraftmaschinen, bei denen durch die begrenzte Schwenkbarkeit
der Nocken relativ zu der sie tragenden Welle durch Verlagerung
des Ventilschließzeitpunkts
bei hohen Drehzahlen der Maschine eine relativ breite Ventilhubkurve,
dagegen bei niedrigen Drehzahlen eine schmale Ventilhubkurve erzeugt
wird, wobei die Anstiegsflanke der Hubkurve drehzahlunabhängig ist.
Grundsätzlich
ist es jedoch auch möglich,
die Nockenwellenanordnung so auszulegen, daß die Anstiegsflanke der Ventilhubkurve
veränderlich
ist.
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Zur Erzeugung eines kontinuierlichen
Verlaufs der Ventilhubkurve, insbesondere zum Vermeiden einer Unterbrechung
des Kontakts zwischen Nockenfläche
und Ventil, spielt das Vorhandensein einer Dämpfungsflüssigkeit in der den Mitnehmer
aufnehmenden Ausnehmung an der Innenseite des Nockens eine bedeutende
Rolle. Dies wiederum bringt das Problem einer definierten Abdichtung
im gesamten Drehzahlbereich der Nockenwelle, d. h.
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letztlich der mit dieser ausgerüsteten Maschine,
mit sich.
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Soweit in dem zitierten Stand der
Technik konstruktive Lösungen
angegeben sind (
DE
41 00 087 A1 ), die insbesondere das Problem dieser Abdichtung
berücksichtigen,
beinhalten sie relativ komplizierte Konstruktionen der schwenkbaren
Nocken.
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Ein anderes zu berücksichtigendes
Problem stellt die Verhinderung einer unzulässigen Reibung zwischen den
beim Stand der Technik leistenförmigen
Mitnehmern und der radialen Begrenzungsfläche der zugehörigen Ausnehmung
im Nocken dar. Dies gilt vor allem dann, wenn, wie in der Konstruktion nach
der
DE 32 34 640 C2 der
Mitnehmer durch ein zusätzliches,
in eine achsparallele Nut der Welle eingesetztes Profilteil gebildet
ist, das den Fliehkräften unterworfen
ist. Ist, wie bei der Lösung
nach der
DE 41 00 087
A1 , der Mitnehmer einteilig mit der Welle bzw. einem Bestandteil
der Welle hergestellt, ist eine sehr genaue Fertigung erforderlich,
um einen unerwünschten
Verschleiß zu
verhindern.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine
gattungsgemäße Nockenwellenanordnung
unter Wahrung ihrer Vorteile, insbesondere der Veränderbarkeit
der Ventilhubkurve allein unter der Wirkung der Kraft von Ventilschließfedern
und der Drehzahl der Nockenwelle, dahingehend zu verbessern, daß praktisch
ohne zusätzlichen
Aufwand ein einwandfreies Betriebsverhalten, vor allem Dichtigkeit und
Verschleißfreiheit,
der Nockenwelle sichergestellt ist.
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Die erfindungsgemäße Lösung dieser Aufgabe besteht
in den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs, vorteilhafte
Ausbildungen der Erfindung beschreiben die Unteransprüche.
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Ein besonderer Vorteil der Erfindung
ist in ihrer Fertigungsfreundlichkeit zu sehen. Auf die eigentliche
Welle werden alle von dieser getragenen Bestandteile, also sowohl
schwenkfeste als auch begrenzt schwenkbare Nocken und die zwischen
diesen angeordneten Abstandshülsen,
in einfacher Weise aufgefädelt
und dann zwischen Endanschlägen der
Nockenwelle so eingespannt, daß die
Relativverschwenkungen einzelner Nocken unter Wahrung eines definiert
dichten Abschlusses ihrer Ausnehmungen zur Aufnahme der Mitnehmer
gewahrt ist. Infolge der Tatsache, daß die Mitnehmer als Walzen
ausgebildet sind, die Drehbewegungen zulassend von Vertiefungen
in der Welle nur abgestützt,
dagegen mit ihren Endbereichen in benachbarten Abstandshülsen gelagert
sind, wird ein optimales Verschleißverhalten erreicht. Die Walzen
besitzen keine scharfen Kanten, die zu Verschleiß an Begrenzungswänden der
zugeordneten Ausnehmung führen
können;
auch dient die Ausnehmung nicht gleichsam als Niederhalter für die Walzen,
sondern hierfür
sind die stirnseitigen Ausnehmungen der benachbarten Abstandshülsen vorgesehen
und ausgelegt.
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Verständlicherweise kann die Materialwahl von
bei den Schwenkbewegungen aufeinander gleitenden Flächen für die Verschleißfestigkeit
und die Dichtigkeit von Bedeutung sein. Wie sich gezeigt hat, ist
es in dieser Hinsicht von Vorteil, die Walze aus einem durchgehärteten Material
herzustellen, während die
Welle und der schwenkbare Nocken nitrocarburiert und oberflächenoxidiert
sind. Hier kann das aus der
DE
32 25 686 C3 bekannte Verfahren zur Wärmebehandlung der Oberfläche eines
Bauteils Einsatz finden, das auch als NiOx-Verfahren bezeichnet wird.
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Mehrere Ausführungsbeispiele der Erfindung werden
im folgenden anhand der Zeichnung erläutert; deren 1 einen Längsschnitt durch eine erfindungsgemäß gestaltete
Nockenwelle für
eine Vierzylinder-Brennkraftmaschine zeigt, während die 2, 3, 4 und 5 die in 1 durch
die entsprechenden römischen
Zahlen gekennzeichneten Querschnitte wiedergeben. 6 zeigt eine Ausführungsform für die Nockenwelle
einer Maschine mit zwei Einlaßventilen je
Brennraum. Die 7 und 8 zeigen im Querschnitt und
in einer Ansicht eine zweckmäßige Walzenaus bildung,
und 9 schließlich eine
Konstruktion mit zwei Walzen.
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Es ist angenommen, daß die Nockenwelle bezüglich der
Darstellung der 2 bis 5 im Uhrzeigersinn rotiert.
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Die Nockenwelle enthält als wesentliche
Bestandteile die eigentliche Welle 1 sowie – auf diese
in 1 von rechts her – aufgefädelt die
verschiedenen Brennräumen
(Zylindern) zugeordneten Einlaßnocken 2, 3, 4 und 5 sowie
die ebenfalls verschiedenen Brennräumen zugeordneten Auslaßnocken 6, 7, 8 und 9.
Sämtliche
Auslaßnocken 6 bis 9 sind über Federn,
von denen nur die mit 10, 11 und 12 bezeichneten dargestellt sind,
drehfest mit der Welle 1 verbunden. Demgegenüber trägt die Welle 1 die
Einlaßnocken 2 bis 5,
wie noch anhand der 2 bis 5 zu erläutern ist, in Umfangsrichtung
um einen vorgegebenen Winkelbereich begrenzt schwenkbar.
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Die Abstände zwischen einander benachbarten
Nocken werden durch Abstandshülsen 13, 14, 15, 16, 17, 18 und 19 gewahrt,
die an ihren den Einlaßnocken 2, 3, 4 und 5 zugekehrten
Stirnseiten zur Erzielung einer definiert dichten, aber die Schwenkbewegungen
dieser Nocken zulassenden Auflage bundartige Erweiterungen 20, 21, 22, 23, 24, 25 und 26 besitzt.
Unter "definiert
dicht" ist zu verstehen,
daß dort
definierte Spalte zum gedrosselten Abfließen der Dämpfungsflüssigkeit vorhanden sind. Es
kann zweckmäßig sein,
gemäß Anspruch
6 durch geeignete Wahl der Werkstoffe für die Welle 1 und
die aufgefädelten
Teile die Spaltweite an die jeweilige Viskosität der Dämpfungsflüssigkeit anzupassen.
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Alle diese von der Welle getragenen,
auf diese aufgefädelten
Elemente sind zwischen dem durch die Wellenschulter 27 gebildeten
Anschlag sowie einen weiteren Anschlag 28 axial eingespannt,
der die in die Welle 1 eingeschraubte Schraube 29 enthält.
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Betrachtet man nun anhand der 2, 3, 4 und 5 die Verhältnisse
im Bereich der vier Einlaßventile 2, 3, 4 und 5,
so erkennt man, daß diese
in Umfangsrichtung entsprechend den durch den Betrieb der Maschine
vorgegebenen Hubphasen der zugeordneten Einlaßventile versetzt sind. Im
Falle des Einlaßnockens 2 hat
das zugehörige
Einlaßventil
gerade seine Schließlage
eingenommen, während
im Falle des Einlaßnockens 4 das
zugehörige
Einlaßventil
kurz vor seiner maximalen Öffnungsstellung steht.
Die durch die Nocken 3 und 5 betätigten Einlaßventile
befinden sich in Schließstellung.
In ihren in den 2, 3, 4 und 5 gezeigten
relativen Schwenklagen bezüglich
der Welle 1 werden die Einlaßnocken durch Federn 30, 31, 32 und 33 vorgespannt,
die an benachbarten Auslaßnocken
eingehängt
sind.
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Da alle Einlaßnocken 2, 3, 4 und 5 identisch konstruiert
sind, genügt
es, insbesondere die Schwenkverbindung zwischen Nocken und Welle 1 anhand
des Einlaßnockens 5,
also anhand 5, zu erläutern.
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Die Schwenkverbindung enthält als wesentliche
Bestandteile den als Walze ausgebildeten Mitnehmer 34,
der von der achsparallelen rinnenförmigen Vertiefung 35 in
der Welle 1 Drehbewegungen zulassend abgestützt ist,
und die die Walze 34 aufnehmende, von dem zentralen Durchgangsloch 36 für die welle
1 ausgehende Ausnehmung 37, die sich über den vorgegebenen Schwenkwinkelbereich
erstreckt. Die Ausnehmung 37 steht über den Querkanal 38 (oder
mehrere axial nebeneinander liegende Querkanäle) in der Welle 1 in
Strömungsverbindung mit
dem Längskanal 39,
der seinerseits mit der Ölversorgung
der Brennkraftmaschine verbunden ist. Das Öl dient dabei als Dämpfungsflüssigkeit
für die
Relativbewegung zwischen Nocken 5 und Welle 1.
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In der in 5 gezeigten Schwenklage wird der Nocken 5 über die
Mitnehmerwalze 34 von der Achse 1 bei ihren Drehbewegungen
mitgenommen. Bei Beginn der Schließbewegung des Ventils, also wenn
der Nocken 5 mit seiner bei seiner Schwenkbewegung hinteren Flanke 40 in
Berührung
mit dem Hubventil steht, so daß dessen
Schließfeder
den Nocken 5 im Uhrzeigersinn gegenüber der Walze 34 verschwenkt,
erfolgt demgemäß ein beschleunigtes Schließen des
Hubventils, das durch die in der Ausnehmung befindliche Dämpfungsflüssigkeit
gedämpft wird.
Diese Vorverlegung des Schließzeitpunkts,
ist drehzahlabhängig.
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Wie aus 1 ersichtlich, ist die Mitnehmerwalze 34 – und dies
gilt verständlicherweise
auch für die
Mitnehmerwalzen 41, 42 und 43 der anderen
Einlaßventile 2, 3 und 4 – länger ausgeführt als
der axialen Erstreckung des zugehörigen Nocken 5 entspricht,
so daß ihre
Endbereiche von stirnseitigen Ausnehmungen 44 und 45 der
benachbarten Abstandshülsen,
also hier der Hülsen 18 und 19,
aufgenommen sind; diese Ausnehmungen 44 und 45 stellen
die eigentlichen Führungen
der Mitnehmerwalze 34 dar. Dadurch wird ein Kontakt der
Mitnehmerwalze 34 mit der äußeren Begrenzungsfläche der
sie aufnehmenden Ausnehmung 37 und damit ein Verschleiß an dieser
Stelle verhindert.
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Die dichte Anlage zwischen der Begrenzungswand
des Durchgangslochs 36 und dem Umfang der Welle 1 wird
durch Anordnung der Schwenkverbindung 34, 37 etwa
unter dem Grundkreisbereich des Nockens 5 unterstützt.
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6 zeigt
einen Teil einer Nockenwellenanordnung mit zwei in einem vorgegebenen
Winkelbereich gemeinsam relativ zu der Welle 60 verschwenkbaren
Nocken 61 und 62. Wie ersichtlich, sind beide Nocken
gleich ausgerichtet, d. h. die ihnen zugeordneten Hubventile werden
gleichzeitig betätigt
bzw. nehmen gleichzeitig ihre Schließstellungen an. Zwischen beiden
Nocken 61 und 62 erstreckt sich die Verbindungshülse 63,
die, wie auch die Abstandshülsen,
drehbar auf der Welle 60 gelagert ist und eine drehfeste
Verbindung zwischen den beiden schwenkbaren Nocken 61 und 62 herstellt.
Die Mitnehmerwalze 64 ist beiden Nocken 61 und 62 gemeinsam,
d. h. sie durchsetzt auch eine Ausnehmung in der Verbindungshülse 63 solcher
Gestalt, daß sich
gleichsam eine ein heitliche Ausnehmung 65 durch die drei
Teile 61, 62 und 63 hindurch ergibt. Ausbildung
und Aufgabe dieser Ausnehmung als Bestandteil einer Schwenkkopplung
zwischen den Nocken und der Welle 60 wurde bereits früher erläutert.
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Die Verbindungshülse 63 verläuft unter- oder innerhalb des
Lagerstuhls 66 für
die gesamte Nockenwelle, wodurch in vorteilhafter Weise, über die Lagerreibung
zwischen den Teilen 63 und 66 eine Unterstützung der
Rückstellung
der Nocken 61 und 62 in ihre Ausgangsstellung
nach Schließen
der zugeordneten Hubventile erreicht wird. Gegebenenfalls kann hier
auf Federn entsprechend den Teilen 30 bis 33 in 1 verzichtet werden.
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Wie auch aus dieser Beschreibung
von Ausführungsbeispielen
folgt, ist für
die Einhaltung vorbestimmter Ventilsteuerzeiten die Einhaltung einer
bestimmten Dichtwirkung zwischen der drehbar in der Nockenwelle
abgestützten
Walze einerseits und der ihr zugekehrten radialen Begrenzungswand
der Ausnehmung im Nocken andererseits wichtig. Bei Nockenwellen
unterschiedlicher Auslegung bedeutet dies, daß für jede Nockenwellenkonstruktion
eine Walze mit einem bestimmten Durchmesser auf Lager gehalten werden
soll. Hier ist eine Walzenkonstruktion vorteilhaft, die im folgenden
anhand der 7 und 8 beschrieben wird:
Betrachtet
man zunächst 7, so erkennt man bei 70
den schwenkbar auf der Nockenwelle 71 angeordneten Nocken
mit seiner auch als Dämpfungsraum zu
bezeichnenden Ausnehmung 72, die zeitweise über den
Querkanal 73 in der Nockenwelle 71 mit der zentralen
Dämpfungsflüssigkeitsversorgung 74 in der
Nockenwelle 71 in Strömungsverbindung
steht. Wie schon bei den bisher beschriebenen Ausführungsbeispielen
wird eine Walze 75 drehbar von der Nockenwelle 71 abgestützt; diese
Walze 75 hat jedoch jetzt die Besonderheit, daß sie mit
der Dichtleiste 76 bestückt
ist, die infolge der drehbeweglichen Lagerung der Walze 75 in
der Nockenwelle 71 unter der Wirkung des Drucks in der
Ausnehmung 72 (und ggf. unter der Wirkung einer Feder sowie
der Fliehkraft) in Pfeilrichtung, d. h. in der Darstellung der 7 im Uhrzeigersinn, zur
dichten Anlage an der Begrenzungswand oder Begrenzungsfläche 77 der Ausnehmung 72 verschwenkt
wird. Zwischen dem Umfang der Walze 75 und der besagten
Begrenzungswand 77 kann daher ein Spalt 78 verbleiben,
so daß ein
und dieselbe Walzenkonstruktion einschließlich Dichtleiste bei unterschiedliche
Abmessungen besitzenden Anordnungen Einsatz finden kann. Für die Dichtleiste
wird man zwecks dichter Anlage an der Fläche 77 ein weiches
Material, z. B. stanzbares Blech, verwenden.
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Wie aus 8 folgt, können die beiden Teile 75 und 76 beispielsweise
durch Laserschweißung miteinander
verbunden sein. Die Dichtleiste 76 besitzt verständlicherweise
eine Länge,
die der Länge der
Ausnehmung 72 (in 7 gemessen
senkrecht zur Zeichenebene) entspricht.
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9 schließlich zeigt
im Querschnitt eine Anordnung, bei der der Nocken 90 mit
zwei diametral liegenden Ausnehmungen 91 und 92 und
demgemäß die. Nockenwelle 93 mit
zwei diametral liegenden Walzen 94 und 95 versehen
ist. Beide Ausnehmungen 91 und 92 stehen über den
Querkanal 96 mit der zentralen Dämpfungsflüssigkeitsversorgung 97 in der
Nockenwelle 93 zeitweilig in Strömungsverbindung. Diese "Zweikammer-Anordnung", in der eine der
Walzen, hier die Walze 95, aus einem elastischen Dichtwerkstoff
bestehen kann, bewirkt eine verbesserte Öldämpfung sowie bei Ölmangel
Notdämpfeigenschaften
insbesondere dann, wenn die elastische Walze 95, wie dargestellt,
vor der anderen Walze 94 anschlägt.
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Mit der Erfindung ist demgemäß eine gattungsgemäße Nockenwellenanordnung
geschaffen, die bei hoher Verschleißfestigkeit im Betrieb den
Vorteil einer großserienfreundlichen
Montage bietet.