EP1518042B1 - Nockenwelle, insbesondere eines kraftfahrzeug-verbrennungsmotors, mit schaltbaren nocken - Google Patents

Description

• Die Erfindung betrifft eine Nockenwelle, insbesondere eines Kraftfahrzeug-Verbrennungsmotors mit verstellbaren Nockensegmenten mindestens eines Nockens nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
• Eine solche Nockenwelle ist Gegenstand der mit Bezug auf die Priorität der Anmeldung nicht vorveröffentlichten WO 2004/001199A2 . Bei größeren radialen Verstellwegen der Nockensegmente gegeneinander bzw. des zweiten beweglichen Nockensegmentes gegenüber dem nockenwellenfesten ersten Nockensegment ist dort aus Festigkeitsgründen ein relativ groβer Nockenwellen-Grundkörperbereich zwischen den Schenkeln des zweiten Nockensegmentes für dessen Führung erforderlich. Hierdurch ist dort bei-einer kompakten Nockenwellenbauweise der radiale Verstellweg begrenzt.
• Aus US-A-4 886 022 ist eine Nockenwelle bekannt, bei der bereits mehrere Merkmale des Anspruchs 1 realisiert sind.
• Die Erfindung beschäftigt sich in erster Linie mit dem Problem, eine Verbesserung der Nockenwelle nach WO 2004/001199 A2 zu schaffen.
• Gelöst wird dieses Problem bei einer gattungsgemäßen Nockenwelle durch eine Ausführung nach den kennzeichnenden Merkmalen des Patentanspruchs 1.
• Vorteilhafte und zweckmäßige Ausgestaltungen dieser Lösung sind Gegenstand der Unteransprüche.
• Die Erfindung beruht auf dem allgemeinen Gedanken, das zweite, hufeisenförmig ausgebildete Nockensegment an den freien U-Schenkeln radial frei auslaufen zu lassen. Hierdurch ist es möglich, das zweite Nockensegment an dem Nockenwellengrundkörper, der zwischen den U-Schenkeln liegt, und/oder in einer Nut- und Federführung zwischen ersten und zweiten Nockensegmenten radial zu führen. Durch Endanschläge kann ein radial nach innen und außen gerichteter maximaler Verschiebeweg des zweiten Nockensegmentes sichergestellt werden.
• Für eine temporäre Fixierung des zweiten, beweglichen Nockensegmentes gegenüber dem ersten Nockensegment werden nachstehend noch näher erläuterte, vorzugsweise hydraulisch betätigte Verriegelungselemente eingesetzt.
• Vorteilhafte Ausführungsbeispiele sind in der Zeichnung dargestellt und werden nachstehend jeweils mit Bezug auf die einzelnen Zeichnungen näher erläutert.

Fig. 1:

zeigt verschiedene Schnitte und Ausführungen eines Nockens einer Nockenwelle eines Kraftfahrzeug-Verbrennungsmotors mit gegeneinander verstellbaren Nockensegmenten.
Teil A der Fig. 1 zeigt in einem axialen Ausschnitt eine Nockenwelle mit einem Nockenwellengrundkörper 1 und einem Nocken mit gegeneinander verstellbaren Nockensegmenten, nämlich einem ersten, gegenüber, dem Nockenwellengrundkörper 1 unbeweglichen Nockensegment 2 und einem schaltbaren, radial verschiebbare zweiten Nockensegment 3.
Die beiden Nockensegmente 2 und 3 können gegeneinander um ein Verdrehmaß X (Teil B der Fig. 1) phasenverschoben sein. Innerhalb des Grundkörpers 1. der Nockenwelle ist ein Ölversorgungskanal 7 vorgesehen.
Das zweite Nockensegment 3 kann eine gegenüber dem Grundkörper 1 der Nockenwelle radial ausgefahrene Position (Teile C und E der Fig. 1) oder eine entgegengerichtet eingefahrene Position (Teil D der Fig. 1) einnehmen. In beiden vorgenannten Positionen, die jeweils schaltbar sind, ist das zweite Nockensegment 3 verriegelbar. Für diese Verriegelbarkeit sind Verriegelungselemente 5 und 6 vorgesehen, die jeweils in dem Grundkörper 1 der Nockenwelle angebracht sind und in Widerlager an dem zweiten Nockensegment 3 eingreifen können. Die Widerlager sind im einfachsten Fall Bohrungen in dem zweiten Nockensegment 3. Geschaltet werden können die Verriegelungsmittel 5, 6 durch Druckveränderungen in der Ölversorgung in dem Ölversorgungskanal 7.
Die Verriegelungselemente 5 und 6 sind jeweils federbelastete Kolben. Für eine einfach zu erreichende, gute Führung der Kolben 6 können diese mit Führungsringen 6' zusammenwirken.
Die Schnitte B und C der Fig. 1 verlaufen axial zentral durch den Grundkörper 1 der Nockenwelle zwischen.zwei beabstandet nebeneinanderliegenden ersten Nockensegmenten 2. Der Schnitt E nach Fig. 1 liegt dagegen außerhalb des vorgenannten zentralen Schnittes. Dadurch sind in diesem Schnitt E seitliche, radial verlaufende Nuten 9 innerhalb des Grundkörpers der Nockenwelle 1 erkennbar. Durch in das zweite Nockensegment eingesetzte stiftförmige Anschläge 8 ist eine Ausfahrbegrenzung für das zweite Nockensegment gegenüber dem ersten Nockensegment geschaffen.

Fig. 2:

zeigt Teilansichten A bis E einer Variante der Nockenwelle nach Fig. 1
Im Bereich B der Fig. 2 ist in einer Ansicht auf einen Nocken erkennbar, wie ein radial verschiebbares zweites Nockensegment 3 zwischen zwei angrenzenden ersten Nockensegmenten 2 schaltbar ist. In eingefahrener Position des zweiten Nockensegmentes 3 ist das gemeinsame Nockenprofil der ersten Nockensegmente wirkaktiv. Bei ausgefahrener Position des zweiten Nockensegmentes 3 ist lediglich der Grundkreis der ersten Nockensegmente 2 wirkaktiv, während der "spitze" Bereich des Nockens von dem ausgefahrenen zweiten Nockensegment 3 gebildet wird.
In dem Bereich B der Fig. 2 ist die Nut 9 mit dem dieser zugeordneten Anschlag 8 gut erkennbar. Auch die Lage der Verriegelungselemente 5 und 6 zeigt diese Ansicht recht deutlich.
Die Verriegelungselemente 5, 6 entsprechen in der Fig. 2 denjenigen in der Fig. 1 und sind hier lediglich ausschnittsweise größer dargestellt. Bei dieser vergrößerten Darstellung sind auch die Federn 10, 11 dieser Verriegelungselement 5, 6 gut erkennbar.

Fig. 3:

zeigt eine in Teilbereichen A bis C dargestellte Ausführung, bei der im Prinzip die gleichen Verriegelungselemente wie bei den zuvor beschriebenen Ausführungen eingesetzt sind, jedoch unterschiedlich positioniert. Wie bei der Ausführung nach Fig. 1 ist eine Feder 4 jeweils vorgesehen, um bei einem unverriegelt vorliegenden Zustand das zweite Nockensegment 3 in dessen ausgefahrene Position zu verlagern.

Fig. 4:

zeigt eine weitere alternative Ausführung der Nockenwelle nach Fig. 1.
Der wesentliche Unterschied dieser Version gegenüber den vorausgegangenen Ausführungen besteht in einer vergrößerten Führung des zweiten.Nockensegmentes 3 gegenüber dem Grundkörper 1 der Nockenwelle und/oder den seitlich jeweils angrenzenden ersten Nockensegmenten 2.
Diese vergrößerte Führung besteht darin, dass beispielsweise zwischen den jeweils ersten Nockensegment 2 und dem verschiebbar zwischen diesen gelagerten zweiten Nockensegment 3 eine Art Nut- und Federführung N/F vorgesehen wird. Die Widerlager für ein Anschlagen des zweiten Nockensegmentes 3 an die Endanschläge einer in dem Nockenwellengrundkörper 1 vorgesehene Nut 9 werden hier von Teilen der Verriegelungselemente 5 und 6 gebildet. Eines dieser Anschlagelemente ist mit der Bezugszahl 8 belegt. Auch eine in den Nockenwellen-Grundköper 1 eingeschobene Lagerhülse 16 dient mit Bezug auf die Nut 9 als Anschlag für das zweite Nockensegment 3. Der Verriegelungsbolzen 5 ist in seinem vorderen Bereich als Kegelbolzen 12 ausgeführt. Hierdurch ist ein Einrasten der Verriegelung vereinfacht. Im Teilbereich C der Fig. 4 ist mit 13 ein Rückstellelement für die Verriegelung des zweiten Nockensegmentes 3 in dessen ausgefahrener.Position bezeichnet.
Die Nut- und Federführung zwischen einem ersten und einem zweiten Nockensegment 2, 3 ist im Bereich C der Fig. 4 mit eingetragenen Führungsflächen 15 angedeutet.

Fig. 5:

zeigt eine Explosionsdarstellung von einem ersten und zwei zweiten Nockensegmenten.
Aus dieser Darstellung ist unter anderem gut erkennbar, wie die Nut- und Federführung N/F zwischen den beiden Nockensegmenten 2, 3 ausgeführt ist. Den Führungsflächen 15 der Nut- und Federführung an dem ersten Nockensegment 2 sind Führungsbahnen 14 an dem zweiten Nockensegment 3 zugeordnet. Alle übrigen Bezugszahlen weisen auf bereits beschriebene Teile und Merkmale hin.

Fig. 6:

zeigt verschiedene Schnitte einer großen Darstellung der einem zweiten Nocken zugeordneten Verriegelungselemente.
Grundsätzlich sind diese Verriegelungselemente 5 und 6 wie bereits bei den vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispielen aufgebaut.
Bisher nicht erwähnt ist eine Führungshülse 19 in dem Teilbereich A der Fig. 6. Das gleiche gilt bezüglich einer Entlüftungsöffnung 17 in dem Verriegelungselement 5. Die Bereiche A und C in der Fig. 6 zeigen jeweils, wie die betreffenden Verriegelungselemente 5, 6 greifen. Das VerriegelungsEinzelteil 5 ist zusammen mit seinen dem zweiten Nockensegment 3 zugeordneten Bestandteilen in einer topfförmigen Hülse 20 gelagert.

Fig. 7:

zeigt eine Explosionsdarstellung der Verriegelungseinrichtung nach beispielsweise insbesondere Fig. 6.
Bisher nicht erwähnt ist die dort bei der Anschlaghülse 16 gezeigte, als Montage- und Positionierhilfe dienende Bohrung 21.

Fig. 8:

zeigt eine Explosionsdarstellung des bereits zuvor beschriebenen Verriegelungselementes 6.

Fig. 9:

zeigt Ausführungsformen für NockenwellenGrundkörper mit ersten Nockensegmenten, nämlich

A:

eine gebaute Nockenwelle mit einem beispielsweise durch IHU (Innenhochdruck-Umformverfahren) erzeugtes inneres Rohrelement und gefügten ersten Nockensegmenten 2,

B:

Seitenansicht der Nockenwelle nach A,

C:

Schnitt durch die Nockenwelle nach A,

D:

Schnittdarstellung eines bearbeiteten, beispielsweise durch Gießen, Schmieden oder Nachbearbeitung aus dem vollen erzeugten Nockenwellen-Grundkörpers mit gefügten ersten Nocken 2,

E:

eine Schnittdarstellung einer Nockenwelle, die beispielsweise ein Rohteil durch Gießen sein kann oder durch Schmieden oder Bearbeitung aus dem vollen erzeugt ist.

Claims (3)

1. Nockenwelle, insbesondere eines Kraftfahrzeug-Verbrennungsmotors, bei der

   - zumindest ein Nocken radial zur Nockenwellenachse gezielt gegeneinander verstellbare Nockensegmente umfasst, nämlich jeweils ein aus zwei axial zueinander beabstandeten Teilbereichen bestehendes, erstes Nockensegment (2), wobei zwischen den Teilbereichen ein zweites Nockensegment (3) angeordnet ist,

   - das zweite Nockensegment (3) einen funktionsfähigen, getrennt wirkaktiv schaltbaren Nockenprofilbereich besitzt,

   - das erste Nockensegment (2) als ein gegenüber einem drehbaren Nockenwellengrundkörper (1) der Nockenwelle unbeweglicher Bestandteil dieses Grundkörpers (1) ausgeführt ist,

   - das zweite Nockensegment (3) gegenüber dem ersten Nockensegment (2) verstellbar ausgebildet ist,

   - das zweite Nockensegment (3) den Nockenwellengrundkörper (1) hufeisenförmig umschließt und gegenüber der Nockenwellenachse radial verschiebbar gelagert ist,
   dadurch gekennzeichnet

   - dass das zweite Nockensegment (3) in mindestens zwei, mittels schaltbarer Fixiermittel (6, 5) radial unterschiedlich von der Nockenwellenachse beabstandeten Positionen temporär verriegelbar ist, nämlich in einer ersten und einer zweiten Ausfahrposition,

   - dass das zweite Nockensegment (3) in seiner radial ausgefahrenen Position mit den Enden seiner - aus dessen Hufeisenform resultierenden - U-Schenkel an Bereichen der Außenkontur des sich zwischen den U-Schenkeln befindlichen Nockenwellengrundkörpers (1) liegt, wobei die U-Schenkel an ihren Enden jeweils frei auslaufen.
2. Nockenwelle nach Anspruch 1,
   dadurch gekennzeichnet,
   dass zwischen den Nockensegmenten (2, 3) eine Nut- und Federführung (14, 15) für das Herstellen einer Führung zwischen diesen Nockensegmenten (2, 3) vorgesehen ist.
3. Nockenwelle nach Anspruch 1 oder 2,
   dadurch gekennzeichnet,
   dass der radiale Verschiebeweg des zweiten Nockensegments (3) durch Anschläge in dem Nockenwellengrundkörper (1) und/oder des ersten Nockensegmentes (2) begrenzt ist.

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