EP1500797A1

EP1500797A1 - Nockenwelle

Info

Publication number: EP1500797A1
Application number: EP03102263A
Authority: EP
Inventors: Michael Georg Figura; Torsten Kluge
Original assignee: Ford Global Technologies LLC
Current assignee: Ford Global Technologies LLC
Priority date: 2003-07-23
Filing date: 2003-07-23
Publication date: 2005-01-26

Abstract

Eine erfindungsgemäße Nockenwelle weist mindestens einen Nocken auf, der mindestens zwei gegeneinander verdrehbare Teilenocken 1, 2 umfaßt, wobei die Teilnocken 1, 2 eines Nockens jeweils ein Profil aufweisen, das einen Profilbereich 7, 8 mit einem konstanten Hub umfaßt. Der konstante Hub ist für die Profilbereiche 7, 8 aller Teilnocken 1, 2 eines Nockens gleich und kann insbesondere dem maximalen Hub entsprechen. Die Verdrehbarkeit der Teilnocken 1, 2 gegeneinander sowie die Anordnung der Teilnocken 1, 2 auf der Nockenwelle sind derart ausgestaltet, daß sich die Teilnocken 1, 2 eines Nockens zwischen einer relativen Stellung, in der die Profilbereiche 7, 8 mit konstantem Hub in Axialrichtung der Nockenwelle gesehen hintereinander angeordnet sind, und einer relativen Stellung, in der die Profilbereiche 7, 8 mit konstantem Hub in Axialrichtung der Nockenwelle gesehen im Wesentlichen nebeneinander angeordnet sind, hin und her bewegen lassen. <IMAGE>

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Nockenwelle mit einem mindestens zwei Teilenocken umfassenden Nocken.

Aufgabe einer Nockenwelle in einem Verbrennungsmotor ist es, das Öffnen und Schließen der Einlaß- und der Auslaßventile der Zylinder zu veranlassen. Dazu wirken die Nocken der Nockenwelle direkt oder indirekt auf Ventilstößel der Ventile ein, um diese gegen die Kraft von Ventilfedern zu öffnen. Die Öffnungsdauer der Ventile sowie ihr Ventilhub hängen dabei von der Form der Nocken ab. Außerdem hängen die Öffnungs- und Schließzeitpunkte verschiedener Ventile relativ zueinander von der relativen Anordnung der Nocken auf der Nockenwelle, insbesondere der an- und absteigenden Nockenflanken, ab. Je dichter bspw. die aufsteigenden Flanken von auf verschiedne Ventile einwirkenden Nocken auf der Nockenwelle in Umfangsrichtung aufeinander folgen, desto geringer ist die Zeitdauer, die zwischen dem Öffnen dieser Ventile vergeht.

Beim Betrieb eines Verbrennungsmotors ist es erwünscht, das Öffnen und Schließen der Einlaß- und der Auslaßventile variabel zu betreiben. Bei niedrigen Motordrehzahlen sollen die Ventile insbesondere nur für eine kurze Zeit geöffnet sein, und die Ventilüberschneidung zwischen Einlaß- und Auslaßventil, d. h. die Zeitspanne, in der sowohl das Einlaß- als auch das Auslaßventil geöffnet sind, soll klein gehalten werden. Dadurch kann das Drehmomentverhalten sowie der Kraftstoffverbrauch des Motors bei niedrigen Drehzahlen positiv beeinflußt werden. Bei hohen Drehzahlen ist es dagegen erwünscht, Einlaß- und Auslaßventile mit langen Öffnungszeiten und großer Ventilüberschneidung zu betreiben, um eine hohe Motorleistung erzielen zu können.

Aus dem Stand der Technik sind verschiedene Ansätze bekannt, das Öffnen und Schließen von Ventilen mittels variabler Nocken zu variieren.

Um eine Variation des Öffnens und Schließens der Einlaß- und der Auslaßventile zu ermöglichen, ist in DE 42 28 796 A1 vorgeschlagen, eine Nockenwelle mit einem fest verbundnen und einem zuschaltbaren Nocken auszustatten, wobei der zuschaltbare Nocken einen gegenüber dem fest verbundenen Nocken anderen Profilverlauf besitzt.

In EP 0 313 624 ist vorgeschlagen, das Öffnen und Schließen von Ventilen durch Variation der Winkelgeschwindigkeit des rotierenden Schaftes zu beeinflussen.

Die DE 100 30 904 beschreibt eine Nockenwelle mit einer axialen Bohrung, in der eine zweite Welle angeordnet ist. Mittels einer Drehbewegung der zweiten Welle läßt sich der Hub einer Nocke der Nockenwelle gezielt verstellen. Gleichzeitig mit dem Verstellen des Hubs kann die Öffnungsdauer des Ventils beeinflußt werden.

Aus DE 29 30 266 A1 ist eine Nockenwelle mit einer Welle und einer die Welle umgebenden konzentrischen Hohlwelle beschrieben. Mit der Welle und der Hohlwelle können Nockenteile drehfest verbunden sein, so daß sie insgesamt einen Nocken mit durch Relativdrehung der beiden konzentrischen Wellen veränderbarer Breite bilden. Eine ähnliche Vorrichtung ist in EPO 596 860 A2 beschrieben.

Gegenüber dem zitierten Stand der Technik besteht die Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, eine alternative Nockenwelle, mit der sich das Öffnen und Schließen der Ventile beeinflussen läßt, zur Verfügung zu stellen. Diese Aufgabe wird durch eine Nockenwelle nach Anspruch 1 und eine Nockenwelle nach Anspruch 6 gelöst. Die abhängigen Ansprüche enthalten vorteilhafte Ausgestaltungen der vorliegenden Erfindung.

Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung weisen in einer Nockenwelle mit mindestens einem Nocken, der mindestens zwei gegeneinander verdrehbare Teilenocken umfaßt, die Teilnocken eines Nockens jeweils ein Profil auf, das einen Profilbereich mit einem konstanten Hub umfaßt, wobei der konstante Hub für die Profilbereiche aller Teilnocken eines Nockens gleich ist und insbesondere dem maximalen Hub entsprechen kann. Die Verdrehbarkeit der Teilnocken gegeneinander sowie die Anordnung der Teilnocken auf der Nockenwelle sind derart ausgestaltet, daß sich die Teilnocken eines Nockens zwischen einer relativen Stellung, in der die Profilbereiche mit konstantem Hub in Axialrichtung der Nockenwelle gesehen hintereinander angeordnet sind, und einer relativen Stellung, in der die Profilbereiche mit konstantem Hub in Axialrichtung der Nockenwelle gesehen im Wesentlichen nebeneinander angeordnet sind, bewegen lassen.

Die erfindungsgemäße Nockenwelle ermöglicht es, die Öffnungsdauer der Ventile, d. h. den Zeitpunkt des Öffnens und/oder des Schließens, sowie die Dauer der Ventilüberschneidung bei konstantem Hub zu beeinflussen. Wenn eine lange Öffnungsdauer gewünscht ist, werden die Teilnocken in die Stellung zueinander gebracht, in der die Profilbereiche mit konstantem Hub in Axialrichtung der Nockenwelle gesehen nebeneinander liegen. Dadurch läßt sich die Wirkung eines "breiten" oder "steileren", d. h. in Umfangsrichtung ausgedehnten Nockens erzielen. Das "Verbreitern" der Nocken führt zudem zu einer größeren Überschneidung von Einlaß- und Auslaßventil.

Wenn dagegen eine kurze Öffnungsdauer gewünscht ist, werden die Teilnocken in die Stellung zueinander gebracht, in der die Profilbereiche mit konstantem Hub in Axialrichtung der Nockenwelle gesehen im Wesentlichen hintereinander angeordnet sind. Dadurch läßt sich die Wirkung eines "schmalen", d. h. in Umfangsrichtung eng begrenzten Nockens erzielen.

Darüber hinaus sind auch alle Zwischenstellungen möglich, so daß ein kontinuierliches Einstellen der Öffnungsdauer und der Ventilüberschneidung zwischen einem maximalen und einem minimalen Wert möglich ist. In allen Stellungen ermöglicht dabei der konstante gleiche Hub der Profilbereiche der Teilnocken eine ruckfreie Bewegung des Ventilstößels. Mit anderen Worten, die erfindungsgemäße Nockenwelle erlaubt das freie Einstellen der Öffnungsdauer im dem vorgesehenen Einstellungsbereich, wobei der maximale Ventilhub konstant gehalten wird. Die dynamische Qualität des Ventiltriebes von Einzelventilen wird dabei gegenüber Nockenwellen mit einstückig ausgebildeten Nocken nicht verändert, da oszillierende Teile wie etwa die Ventile, die Ventilstößel, die Federn usw. unverändert beibehalten werden können. Im Vergleich zu anderen variablen Zeitsteuerungen für die Ventile wird die maximal mögliche Arbeitsgeschwindigkeit des Ventiltriebes nicht verringert.

Der konstante gleiche Hub der Profilbereiche der Teilnocken eines Nockens läßt sich in konstruktiv einfacher Wiese dadurch verwirklichen, daß die Teilnocken eine gemeinsame Drehachse besitzen, um die das gegeneinander Verdrehen erfolgt, und daß die Profilbereiche mit konstantem Hub einen konstanten Radius bezogen auf die gemeinsame Drehachse besitzen.

In einer Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Nockenwelle umfaßt diese mindestens eine Hohlwelle sowie eine im Inneren der mindestens einen Hohlwelle angeordnete Innenwelle. Dabei ist jeder Teilnocken mit einer der Wellen fest verbunden, und die mindestens eine Hohlwelle und die Innenwelle sind gegeneinander verdrehbar. In dieser Ausgestaltung lassen sich die Teilnocken, und damit die "Breite" des von den Teilnocken gebildeten Nockens, durch gezieltes gegeneinander Verdrehen von Hohlund der Innenwelle relativ zueinander einstellen.

In einer weiteren Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Nockenwelle weisen in den Teilnocken eines Nockens die Profilbereiche mit konstantem Hub jeweils mindestens einen, in die Umfangsrichtung der Nockenwelle vorspringenden Profilvorsprung auf. Die Profilvorsprünge der Teilnocken sind dabei derart aufeinander abgestimmt, daß sie in der Stellung, in der die Profilbereiche mit konstantem Hub in Axialrichtung der Nockenwelle gesehen hintereinander liegen, ineinander greifen.

Gemäß einem zweiten Aspekt der Erfindung umfaßt eine erfindungsgemäße Nockenwelle mit einem mindestens zwei Teilnocken umfassenden Nocken mindestens eine Hohlwelle und eine im Inneren der mindestens einen Hohlwelle angeordnete Innenwelle, wobei jeder Teilnocken mit einer der Wellen fest verbunden ist und wobei die mindestens eine Hohlwelle und die Innenwelle und damit die Teilnocken gegeneinander verdrehbar sind. Die Nockenwelle gemäß diesem Aspekt der Erfindung zeichnet sich dadurch aus, daß die Hohlwelle und die Innenwelle in Axialrichtung gegeneinander verschiebbar sind, und daß die Teilnocken derart ausgestaltet und an den Wellen befestigt sind, daß ein axiales Verschieben der Hohlwelle und der Innenwelle gegeneinander ein Verdrehen der Wellen und damit der Teilnocken gegeneinander verursacht.

In einer gemäß dem zweiten Aspekt der Erfindung ausgestalteten Nockenwelle läßt sich die Stellung der Teilnocken durch ein gezieltes axiales Verschieben von Hohl- und Innenwelle relativ zueinander beeinflussen. Im Gegensatz dazu findet im Stand der Technik ein Rotationsantrieb, bspw. eine Struktur mit variabler Zeitsteuerung der Nockenwelle (Variable Camshaft Timing, VCT), zum Einstellen der Phasenbeziehung, d.h. der relativen Verdrehung, von Hohl- und Innenwelle gegeneinander, Verwendung. Ein derartiger Antrieb rotiert üblicherweise zusammen mit der Nockenwelle. Das Anbringen eines mit der Nockenwelle rotierenden Antriebes macht jedoch größere und kostspielige Änderungen im Kopfbereich des Motors bzw. im Zylinderkopf nötig. In der gemäß dem weiteren Aspekt der Erfindung vorgeschlagenen Ausgestaltung der Nockenwelle kann dagegen ein translatorischer Antrieb zum Verstellen der Nocken Verwendung finden, der nicht mit der Nockenwelle zu rotieren braucht. Die beschriebene Nockenwelle kann zusammen mit dem translatorischen Antrieb in den meisten Verbrennungsmotoren Verwendung finden, ohne daß größere Änderungen im Kopfbereich des Motors nötig sind. Diese Ausgestaltung gemäß dem zweiten Aspekt der Erfindung eignet sich insbesondere auch für Nockenwellen gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung.

Um das lineare gegeneinander Verschieben von Hohl- und Innenwelle in die Verdrehung der Nocken umzuwandeln, weisen die Teilnocken eines Nockens in einer vorteilhaften Weiterbildung des zweiten Aspekts der Erfindung jeweils eine Kontaktfläche zum Kontakt mit einem anderen Teilnocken des Nockens auf und sind derart an den Wellen angeordnet, daß die Kontaktflächen der Teilnocken miteinander in Gleitkontakt stehen. Dabei weisen die Kontaktflächen eine Form auf, die derart ausgestaltet ist, daß sie bei einem axialen Verschieben der Hohlwelle und der Innenwelle gegeneinander ein gegeneinander Verdrehen der Teilnocken verursachen. Insbesondere geeignet ist bspw. eine helixförmige Ausbildung der Kontaktflächen.

In einer weiteren Ausgestaltung des zweiten Aspektes der Erfindung kann die Hohlwelle zum Durchtritt des an der Innenwelle befestigten Teilnockens oder eines den Teilnocken an der Innenwelle befestigenden Befestigungselementes ein helixförmiges Langloch aufweisen, welches insbesondere als Führung des an der Innenwelle befestigten Teilnockens dienen kann.

Weitere Merkmale, Eigenschaften und Vorteile der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen.

Fig. 1: zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel für die erfindungsgemäße Nockenwelle in einer ersten Stellung in Draufsicht.
Fig. 2: zeigt das erste Ausführungsbeispiel in der ersten Stellung in einem Schnitt durch die Nockenwelle.
Fig. 3: zeigt das erste Ausführungsbeispiel in einer zweiten Stellung in Draufsicht.
Fig. 4: zeigt das erste Ausführungsbeispiel in der zweiten Stellung in einem Schnitt durch die Nockenwelle.
Fig. 5: zeigt Hubkurven für einen Nocken der in den Figuren 1 bis 4 dargestellten Nockenwelle.
Fig. 6: zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel für die erfindungsgemäße Nockenwelle in einer ersten Stellung in Draufsicht.
Fig. 7: zeigt das zweite Ausführungsbeispiel in der ersten Stellung in einem Schnitt durch die Nockenwelle.
Fig. 8: zeigt das zweite Ausführungsbeispiel in einer zweiten Stellung in Draufsicht.
Fig. 9: zeigt das zweite Ausführungsbeispiel in der zweiten Stellung in einem Schnitt durch die Nockenwelle.

Die Figuren 1 bis 4 zeigen ein erstes Ausführungsbeispiel für die erfindungsgemäße Nockenwelle, die eine Hohlwelle 3 und eine im Inneren der Hohlwelle 3 angeordnete Innenwelle 4 umfaßt und die einen Nocken mit zwei gegeneinander verschwenkbaren Teilnocken 1, 2 aufweist. Der eine Teilnocken 1 ist mit der Hohlwelle 3 und der andere Teilnocken 2 mit der Innenwelle 4 fest verbunden, wobei der mit der Innenwelle 4 verbundene Teilnocken 2 oder ein den Teilnocken 2 mit der Innenwelle 4 fest verbindendes Befestigungselement durch eine Aussparung in der Umfangswand der Hohlwelle 3 hindurch tritt. Statt mit den Wellen fest verbunden zu sein, können die Teilnocken alternativ auch einstückig mit den Wellen ausgebildet sein.

Hohlwelle 3 und Innenwelle 4 können mittels eines in den Figuren nicht dargestellten Rotationsantriebes, um eine gemeinsame Längsachse A gegeneinander verdreht werden. Das Verdrehen von Hohlwelle 3 und Innenwelle 4 um einen bestimmten Winkel führt dabei zu einem Verschwenken der beiden Teilnocken 1, 2 um diesen Winkel. In den Figuren 1 und 3 ist die Nockenwelle in Draufsicht für zwei verschiedene Schwenkpositionen der Teilnocken 1, 2 gezeigt, wohingegen sie in den Figuren 2 und 4 für dieselben Schwenkpositionen in einem Schnitt senkrecht zur Längsachse der Nockenwelle gezeigt sind.

Der eine Teilnocken 1 stellt den das Öffnen eines Ventils ermöglichenden Öffnungsabschnitt des aus den beiden Teilnocken gebildeten Nockens dar und der andere Teilnocken 2 dessen das Schließen des Ventils ermöglichenden Schließabschnitt. Die beiden Teilnocken werden daher im Folgenden als Öffnungsnocken 1 und Schließnocken 2 bezeichnet. Der Öffnungsnocken 1 weist ein Nockenprofil mit einer ansteigenden Flanke 5, der Schließnocken 2 ein Nockenprofil mit einer absteigenden Flanke 6 auf. Die Nockenprofile der beiden Teilnocken besitzen außerdem jeweils einen sich an die ansteigende bzw. absteigende Flanke anschließenden Profilabschnitt 7, 8, dessen Profilfläche einem Ausschnitt aus der Mantelfläche eines Zylinders mit einer mit der Längsachse A der Nockenwelle zusammenfallenden Zylinderachse entspricht. In Umfangsrichtung der Nockenwelle entspricht diese Profilfläche daher einem Kreisausschnitt des Winkels α₂ mit einem konstanten Radius und der Längsachse A der Nockenwelle als Mittelpunkt (siehe Fig. 2). Der konstante Radius, der einen konstanten Hub repräsentiert, und der Winkel α₂ des Kreisausschnittes sind bei beiden Teilnocken 1, 2 des Nockens gleich.

Im Ausführungsbeispiel weisen die Teilnocken 1, 2 in Axialrichtung, d.h. in Richtung der Längsachse A, eine dreiteilige Struktur auf. Der Öffnungsnocken 1 weist eine in Axialrichtung mittig angeordnete und sich in Umfangsrichtung der Nockenwelle über den gesamten Kreisausschnitt α₂ des Profilabschnittes 7 erstreckende Ausnehmung 9 auf. Die Ausnehmung erstreckt sich in Axialrichtung etwa über ein Drittel des Öffnungsnockens 1. Anders gesagt, weist das Profil des Öffnungsnockens 1 an dessen axialen Enden jeweils einen Profilvorsprung auf, wobei der Bereich zwischen den Profilvorsprüngen die Ausnehmung bildet. Der Schließnocken 2 weist hingegen zwei sich in Umfangsrichtung über den gesamten Kreisausschnitt α₂ des Profilabschnittes 8 erstreckende Ausnehmungen 11 auf, die an den beiden axialen Enden des Schließnockens 8 angeordnet sind und sich jeweils über ca. ein Drittel seiner axialen Länge erstrecken, so das der Profilabschnitt 8 tatsächlich lediglich aus dem vorspringenden Mitteldrittel des Schließnockens 2 besteht. Mit anderen Worten: Das Profil des Schließnockens 2 weist einen in Axialrichtung des Nockens mittig angeordneten Profilvorsprung auf, der den Profilabschnitt 8 bildet.

In der in den Figuren 1 und 2 gezeigten Schwenkstellung von Öffnungs- und Schließnocken 1, 2 sind Öffnungs- und Schließnocken 1,2 derart relativ zueinander angeordnet, daß das zahnartig vorspringende Mitteldrittel des Schließnockens 2 vollständig in die Ausnehmung 9 des Öffnungsnockens 1 eingreift, so daß sich die Profilabschnitte 7, 8 in Richtung der Längsachse A gesehen hintereinander befinden. Der aus Öffnungs- und Schließnocken 1, 2 gebildete Nocken besitzt dann einen Profilabschnitt, dessen Profilfläche in Umfangsrichtung einem Kreisausschnitt des Winkels α₂ mit einem konstanten Radius und einem auf der Längsachse A der Nockenwelle gelegenen Mittelpunkt entspricht.

In der in den Figuren 3 und 4 dargestellten Schwenkstellung von Öffnungsund Schließnocken 1, 2 sind diese hingegen derart relativ zueinander angeordnet, daß das zahnartig vorspringende Mitteldrittel des Schließnockens 2 nur sehr wenig in die Ausnehmung 9 des Öffnungsnockens 1 eingreift, so daß sich eine in Umfangsrichtung der Nockenwelle auseinandergezogene Anordnung der Profilabschnitte 7, 8 ergibt. Der aus Öffnungs- und Schließnocken 1, 2 gebildete Nocken besitzt dann einen Profilabschnitt, dessen Profilfläche in Umfangsrichtung einem Kreisausschnitt des Winkels α₁ mit einem konstanten Radius und einem auf der Längsachse A der Nockenwelle gelegenen Mittelpunkt entspricht. Der Winkel α₁ ist dabei etwa doppelt so groß wie der Winkel α₂.

Die beiden in den Figuren 1 bis 4 dargestellten Schwenkstellungen stellen die beiden extremen Schwenkstellungen der Teilnocken 1, 2 zueinander dar. Sie können aber auch alle dazwischenliegenden Schwenkstellungen einnehmen, so daß der Winkel α des aus Öffnungs- und Schließnocken 1, 2 gebildete Nockens jeden Wert zwischen α₁ und α₂ annehmen kann.

Der Profilabschnitt, dessen Profilfläche in Umfangsrichtung der Nockenwelle einen Kreisausschnitt mit einem konstanten Radius darstellt, entspricht einem konstanten maximalen Hub, wobei der Winkel α bei konstanter Drehgeschwindigkeit der Nockenwelle die Dauer des maximalen Hubs festlegt. Durch das Variieren des Winkels α im Bereich zwischen α₁ und α₂ kann daher die Dauer des maximalen Hubs eingestellt werden. Die Hubkurven eines Nockens sowie die Winkelbereichereiche des maximalen Hubs während einer Umdrehung der Nockenwelle sind für die Grenzfälle α₁ und α₂ in Fig. 5 dargestellt. Dabei stellt die äußere Kurve die Hubkurve für den Fall α = α₁ und die Innere Kurve die Hubkurve für den Fall α = α₂ dar.

Da sich die Profile des Nockens, der ein Einlaßventil betätigt, und eines Nockens, der ein Auslaßventil betätigt, in Umfangsrichtung der Nockenwelle überschneiden, kann durch Verändern des Winkels α mindestens eines der beiden Nocken auch die Zeitdauer, in der das Offensein des Einlaßventils und des Auslaßventils überschneidet, variiert werden.

Zwar ist sind im vorliegenden Ausführungsbeispiel die Profilflächen der Teilnocken, die in Umfangsrichtung einem Kreisausschnitt mit einem konstanten Radius entsprechen, derart ausgebildet, daß ein Vorsprung in eine Ausnehmung eingreifen kann, jedoch kann die Zahl der Vorsprünge und Ausnehmungen auch höher oder niedriger als im dargestellten Ausführungsbeispiel sein. So kann bspw. jeder Teilnocken eine sich über die Hälfte seiner axialen Länge erstreckende Bucht und einen sich über die andere Hälfte seiner axialen Länge erstreckenden Vorsprung aufweisen, wobei die Buchten und Vorsprünge von Teilnocken eines Nockens derart aufeinander abgestimmt sind, daß sie ineinander greifen können. Auch brauchen die Vorsprünge und Ausnehmungen nicht rechteckig ausgebildet zu sein, sondern können auch andere geometrischen Formen aufweisen, bspw. Dreiecke oder Halbkugeln.

Die Figuren 6 bis 9 zeigen ein zweites Ausführungsbeispiel für die erfindungsgemäße Nockenwelle. Die Nockenwelle umfaßt wiederum eine Hohlwelle 30 und eine im Inneren der Hohlwelle 30 angeordnete Innenwelle 40 und weist zwei gegeneinander verschwenkbare Teilnocken 10, 20 auf, die zusammen einen Nocken bilden. Die Innenwelle 40 ist gegenüber der Hohlwelle 30 sowohl drehbar als auch verschiebbar gelagert. Die Innenwelle 40 ist mit einem translatorischen Antrieb verbunden, mit dessen Hilfe die Innenwelle 30 gegenüber der Hohlwelle 40 zu verschieben ist. Als translatorischer Antrieb können alle gängigen Arten von translatorischen Antrieben, bspw. pneumatische oder hydraulische Stellzylinder oder Stellzylinderpaare, elektrische Servomotoren, künstliche Muskeln oder ähnliches, Verwendung finden. Als Antrieb für das Zurückbewegen der Innenwelle in die Ausgangsposition können darüber hinaus Federelemente zur Anwendung kommen.

Wie im ersten Ausführungsbeispiel stellt der eine Teilnocken 10 den das Öffnen eines Ventils ermöglichenden Öffnungsabschnitt des aus den beiden Teilnocken gebildeten Nockens und der andere Teilnocken 20 dessen Schließabschnitt dar. Die beiden Teilnocken 10, 20 werden daher wieder als Öffnungsnocken 10 und Schließnocken 20 bezeichnet. Im Gegensatz zum ersten Ausführungsbeispiel ist der Schließnocken 20 im zweiten Ausführungsbeispiel nicht mit der Innenwelle 40 sondern mit der Hohlwelle 30 fest verbunden oder mit dieser einstückig ausgebildet. Entsprechend ist im zweiten Ausführungsbeispiel der Öffnungsnocken 10 mit der Innenwelle 40 fest verbundnen oder einstückig ausgebildet. Alternativ könnte jedoch auch wie im ersten Ausführungsbeispiel der Schließnocken 20 an der Innenwelle 40 und der Öffnungsnocken 10 an der Holwelle 30 angeordnet sein.

Die Hohlwelle 30 weist in dem Bereich, in dem der Schließnocken 20 an der Innenwelle 40 befestigt ist, eine Aussparung 32 auf, durch die der Öffnungsnocken 10 oder ein Befestigungselement, mit dem er an der Innenwelle 40 befestigt ist, durch die Wand der Hohlwelle 30 hindurch tritt. Die Ausdehnung der Aussparung sowohl in Axialrichtung als auch in Umfangsrichtung der Nockenwelle ist größer als die Ausdehnung des durch sie hindurchtretenden Nockenabschnitts bzw. Befestigungselementes, so daß sie ein Bewegen des Nockens sowohl in Axial- als auch in Umfangsrichtung der Hohlwelle 30 ermöglicht.

Öffnungs- und Schließnocken 10, 20 weisen im Umfangsrichtung der Nockenwelle ein Profil auf, daß im Wesentlichen dem Profil der Teilnocken im ersten Ausführungsbeispiel entspricht (Fig. 7 und 9). Beide Nocken stehen in den Bereich ihres Nockenprofils, das dem maximalen konstanten Hub entspricht, über Kontaktflächen 15, 25 miteinander in Gleitkontakt. Die Kontaktflächen 15, 25 der beiden Teilnocken 10, 20 sind helixförmig ausgebildet, so daß sie bei einem axialen Verschieben der Teilnocken 10, 20 gegeneinander ein gegeneinander Verdrehen der Teilnocken 10, 20 verursachen (Fig. 6 und 8). Die helixförmigen Kontaktflächen 15, 25 erstrecken sich jeweils im den maximalen Hub eines Teilnockens repräsentierenden Profilabschnitt über dessen gesamte axiale Ausdehnung.

Wenn ein axiales Verschieben der Innenwelle 40 gegenüber der Hohlwelle 30 erfolgt, so führt dies zu einem axialen Verschieben des Öffnungsnockens 10 gegenüber dem Schließnocken 20. Der Zwang, den die miteinander in Gleitkontakt stehenden helixförmigen Kontaktflächen auf den Öffnungsnocken 10 ausüben, führt dabei dazu, daß die axiale Bewegung des Öffnungsnockens 10 nur im Zusammenspiel mit einer Rotation um die gemeinsame Achse A beider Wellen erfolgen kann, so daß eine bestimmte axiale Verschiebung des Öffnungsnockens 10 mit einer bestimmten Rotation gegenüber dem Schließnocken 20 einhergeht. Mit anderen Worten: Das axiale Antreiben der Innenwelle 40 führt zu einer schraubenförmigen Relativbewegung von Hohl- und der Innenwelle 30, 40 und damit zu einem Verschwenken der beiden Teilnocken 10, 20 gegeneinander. Die maximal mögliche axiale Verschiebung der beiden Wellen gegeneinander ist dabei durch die axiale Ausdehnung der Ausnehmung bestimmt.

Solange sich die Hohlwelle 30 und die Innenwelle 40 in ihrer Ausgangsstellung, in der sie nicht axial gegeneinander verschoben sind (Fig. 6), befinden, sind die Profilabschnitte 70, 80, die den maximalem Hub von Öffnungsnocken 10 und Schließnocken 20 repräsentieren, in Axialrichtung der Nockenwelle gesehen hintereinander angeordnet (Fig. 7), so daß in dem von den beiden Teilnocken 10, 20 gebildeten Nocken der Profilabschnitt des maximalen Hubs eine geringe Ausdehnung in Umfangsrichtung aufweist. Die Ausdehnung entspricht dabei der Ausdehnung, die der Profilabschnitt mit maximalem Hub eines Teilnockens in Umfangsrichtung aufweist.

Befinden sich die Hohlwelle 30 und die Innenwelle 40 hingegen in ihrer in Axialrichtung maximal verschobenen Stellung (Fig. 8), so sind die beiden Teilnocken 10, 20 maximal gegeneinander verdreht (Fig. 9). Dabei ist die maximal mögliche Verschiebung durch geeignete Wahl der Abmessungen der Aussparung 32 derart festgelegt, daß in der verdrehten Stellung der Teilnocken 10, 20 ihre den maximalen Hub repräsentierenden Profilabschnitte 70, 80 in Axialrichtung gesehen fast vollständig nebeneinander angeordnet sind (Fig. 9). In dem von den beiden Teilnocken 10, 20 gebildeten Nocken weist der Profilabschnitt mit maximalem Hub daher in Umfangsrichtung der Nockenwelle eine große Ausdehnung auf. Die Ausdehnung entspricht dabei fast dem doppelten der Ausdehnung, die der der Profilabschnitt mit maximalen Hub eines Teilnockens in Umfangsrichtung aufweist.

Durch axiales Verschieben der beiden Wellen gegeneinander läßt sich so die Dauer des durch einen Nockenfolger an ein Ventil maximal übertragenen Hubs variieren. Dabei sind auch alle Zwischenstellungen zwischen den in den Figuren 6 und 7 bzw. 8 und 9 dargestellten Stellungen möglich, so daß innerhalb der gegebenen Grenzen ein stufenloses Einstellen der Dauer des maximalen Ventilhubes möglicht ist.

Die im zweiten Ausführungsbeispiel beschriebene Nockenwelle kann in den meisten Motoren ohne große Änderungen des Kopfbereiches des Motors zur Anwendung kommen. Insbesondere kann die Nockenwelle derart ausgestaltet sein, daß die Hohlwelle keine axiale Bewegung ausführt. Zum axialen Verschieben der Innenwelle gegenüber der Hohlwelle (d.h. zum Verlängern der Öffnungsdauer des Ventils) kann im Gehäuse des Ventiltriebes an dessen hinterem Ende ein Hydraulikzylinder angeordnet sein, dessen Kolben auf die Innenwelle einwirkt. Der Ölfluß in den und aus dem Hydraulikzylinder kann mittels eines Magnetventils gesteuert werden. Zum Rückstellen der Innenwelle (bzw. zum Verkürzen der Öffnungsdauer) kann im vorderen Ende der Hohlwelle eine Rückstellfeder angeordnet sein.

Beim Verdrehen der Teilnocken gegeneinander verringert sich deren axiale Überlappung. Die axiale Ausdehnung des aus den Nockenteilen gebildeten Gesamtnockens sollte daher vorzugsweise größer sein als die axiale Ausdehnung eines einstückig ausgebildeten Nockens. Insbesondere sollte die axiale Ausdehnung so gewählt sein, daß auch bei maximaler Verdrehung der Teilnocken gegeneinander die axiale Überlappung ausreicht, um ein sicheres Betätigen des Ventilstößels zu erreichen.

Alternativ zur im Ausführungsbeispiel beschriebenen Aussparung 32 kann in der Wand der Holwelle 30 auch ein helixförmiges Langloch ausgebildet sein, das ein Bewegen des an der Innenwelle 40 angeordneten Teilnockens sowohl in axial als auch in Umfangsrichtung ermöglicht und gleichzeitig als Führung des Teilnockens dient.

In der in den Ausführungsbeispielen beschriebenen Nockenwelle bleibt, wenn die Teilnocken gegeneinander verdreht werden, der maximale Hub bei den meisten Nockenfolgern, insbesondere bei Nockenfolgern, die als Tassenstößel ausgebildet sind, konstant.

Claims

Nockenwelle mit mindestens einem Nocken, der mindestens zwei gegeneinander verdrehbare Teilenocken (1, 2; 10, 20) umfaßt,
dadurch gekennzeichnet, daß
die Teilnocken (1, 2; 10, 20) eines Nockens jeweils ein Profil aufweisen, das einen Profilbereich (7, 8; 70, 80) mit einem konstanten Hub umfaßt, wobei der konstante Hub für die Profilbereiche (7, 8; 70, 80) aller Teilnocken (1, 2; 10, 20) eines Nockens gleich ist, und
daß die Verdrehbarkeit der Teilnocken (1, 2; 10, 20) gegeneinander sowie die Anordnung der Teilnocken (1, 2; 10, 20) auf der Nockenwelle derart ausgestaltet ist, daß sich die Teilnocken (1, 2; 10, 20) zwischen einer relativen Stellung, in der die Profilbereiche (7, 8; 70, 80) mit konstantem Hub in Axialrichtung der Nockenwelle gesehen hintereinander angeordnet sind, und einer relativen Stellung, in der die Profilbereiche (7, 8; 70, 80) mit konstantem Hub in Axialrichtung der Nockenwelle gesehen im Wesentlichen nebeneinander angeordnet sind, bewegen lassen.
Nockenwelle nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß
die Teilnocken (1, 2; 10, 20) eines Nockens eine gemeinsame Drehachse (A) besitzen, um die das gegeneinander Verdrehen erfolgt, und die Profilbereiche (7, 8; 70, 80) mit konstantem Hub einen konstanten Radius bezogen auf die gemeinsame Drehachse (A) besitzen.
Nockenwelle nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, daß
der konstante Hub dem maximalen Hub des Nockens entspricht.
Nockenwelle nach einem der Ansprüche 1 bis 3, zusätzlich umfassend:

mindestens eine Hohlwelle (3; 30) und

eine im Inneren der mindestens einen Hohlwelle (3; 30) angeordnete Innenwelle (4; 40)

wobei jeder Teilnocken (1, 2; 10, 20) mit einer der Wellen fest verbunden ist und wobei die mindestens eine Hohlwelle (3; 30) und die Innenwelle (4; 40) gegeneinander verdrehbar sind.
Nockenwelle nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
dadurch gekennzeichnet, daß
in den Teilnocken (1, 2) eines Nockens die Profilbereiche mit konstantem Hub jeweils mindestens einen in Umfangsrichtung der Nockenwelle vorspringenden Profilvorsprung (7, 8) aufweisen, und die Profilvorsprünge derart aufeinander abgestimmt sind, daß sie in der Stellung, in der die Profilbereiche mit konstantem Hub in Axialrichtung der Nockenwelle gesehen hintereinander liegen, ineinander greifen.
Nockenwelle, insbesondere nach einem der Ansprüche 1 bis 3, mit einem mindestens zwei Teilenocken (10, 20) umfassenden Nocken, umfassend:

mindestens eine Hohlwelle (30) und

eine im Inneren der mindestens einen Hohlwelle (30) angeordnete Innenwelle (40)

wobei jeder Teilnocken (10, 20) mit einer der Wellen fest verbunden ist und wobei die mindestens eine Hohlwelle (30) und die Innenwelle (40) und damit die Teilnocken (10, 20) gegeneinander verdrehbar sind,
dadurch gekennzeichnet, daß
die Hohlwelle (30) und die Innenwelle (40) in Axialrichtung gegeneinander verschiebbar sind und die Teilnocken (10, 20) eines Nockens derart ausgestaltet und an den Wellen (30, 40) befestigt sind, daß ein axiales Verschieben der Hohlwelle (40) und der Innenwelle (30) gegeneinander ein Verdrehen der Wellen (30, 40) und damit der Teilnocken (10, 20) gegeneinander verursacht.
Nockenwelle nach Anspruch 6,
dadurch gekennzeichnet, daß
die Teilnocken (10, 20) eines Nockens jeweils eine Kontaktfläche (15, 25) zum Kontakt mit einem anderen Teilnocken (10, 20) des Nockens aufweisen, und derart an den Wellen (30, 40) angeordnet sind, daß die Kontaktflächen (15, 25) der Teilnocken miteinander in Gleitkontakt stehen, wobei die Kontaktflächen (15, 25) eine Form aufweisen, die derart ausgestaltet ist, daß sie bei einem axialen Verschieben der Hohlwelle (30) und der Innenwelle (40) gegeneinander ein gegeneinander Verdrehen der Teilnocken (10, 20) verursachen.
Nockenwelle nach Anspruch 7,
dadurch gekennzeichnet, daß
die Kontaktflächen (15, 25) helixförmig ausgebildet sind.
Nockenwelle nach einem der Ansprüche 6 bis 8,
dadurch gekennzeichnet, daß
die Hohlwelle (30) zum Durchtritt des an der Innenwelle (40) befestigten Teilnockens (10) oder eines den Teilnocken (10) an der Innenwelle (40) befestigenden Befestigungselementes ein helixförmiges Langloch aufweist.
Nockenwelle nach einem der Ansprüche 6 bis 9, gekennzeichnet durch einen auf die Innenwelle wirkenden translatorischen Antrieb zum Verschieben der Innenwelle gegenüber der Hohlwelle.