EP2118452B1

EP2118452B1 - Nockentrieb

Info

Publication number: EP2118452B1
Application number: EP08708912.4A
Authority: EP
Inventors: Oliver Fritz
Original assignee: Mahle International GmbH
Current assignee: Mahle International GmbH
Priority date: 2007-02-13
Filing date: 2008-02-12
Publication date: 2013-04-10
Anticipated expiration: 2028-02-12
Also published as: DE102007007604A1; WO2008098932A1; EP2118452A1

Description

Die Erfindung betrifft einen Nockentrieb für einen Verbrennungsmotor, insbesondere für einen Kraftfahrzeugmotor, mit zumindest einer Nockenwelle, auf der wenigstens ein Nocken angeordnet ist.
In Verbrennungsmotoren werden Nockenwellen verwendet, um die Ein- und Auslassventile der Zylinder zu öffnen. Die auf der Nockenwelle angebrachten Nocken wandeln dabei die Drehbewegung der Nockenwelle in eine Längsbewegung um, welche üblicherweise einem Ventilhub entspricht. Zwischen den Nocken und den Ventilen können sich dabei weitere Maschinenelemente befinden, wie beispielsweise ein Nockenfolger, der beispielsweise in der Art eines Kipphebels oder eines Schlepphebels ausgebildet sein kann und zur direkten oder indirekten Übertragung einer durch eine Außenkontur des zugehörigen Nockens gebildeten Arbeitskurve auf ein zugeordnetes Ventil des Verbrennungsmotors dient. Üblicherweise ist dabei eine Federeinrichtung vorgesehen, welche den Nockenfolger an den zugehörigen Nocken andrückt und dadurch einen ständigen Kontakt zwischen dem Nocken und dem Nockenfolger gewährleistet. Eine derartige Federeinrichtung kann am mit dem Nockenfolger in Kontakt stehenden Ventil ausgebildet sein. Denkbar sind aber auch separate Federeinrichtungen, welche üblicherweise vor dem Zusammenbau des Nockentriebs in einer vorgespannten Lage eingebaut werden müssen und nach dem Einbau der Nockenwellen gelöst werden, um ihre Funktion ausüben zu können. Insbesondere der Einbau der vorgespannten Federeinrichtungen und das nach dem Einbau der zugehörigen Nockenwelle erfolgende Lösen der vorgespannten Federeinrichtung ist dabei aufwendig und fehleranfällig. Diese Nachteile verstärken sich noch bei Verbrennungsmotoren mit zwei Nockenwellen, wie sie heutzutage üblich sind.
Die Druckschrifte EP 1710402 A1 und WO 2007/138451 A1 zeigen verschiedenen Beispiele solcher Ventiltriebe.
Die Erfindung beschäftigt sich mit dem Problem, einen Nockentrieb dahingehend zu verbessern, dass sich dessen Zusammenbau deutlich einfacher gestaltet.
Dieses Problem wird erfindungsgemäß durch den Gegenstand des unabhängigen Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Die Erfindung beruht auf dem allgemeinen Gedanken, einen Nockentrieb derart zu konzipieren, dass ein Zusammenbau desselben bei entspannter Federeinrichtung erfolgen kann und diese einfach, beispielsweise mittels eines Drehmomentenschlüssels, nach der Montage der Nockenfolger und der Nockenwelle gespannt werden kann. Hierzu ist bei einem Verbrennungsmotor mit zumindest einer Nockenwelle und zumindest einem auf dieser Nockenwelle angeordneten Nocken zumindest eine Federeinrichtung vorgesehen, welche ein auf zumindest einem fixierbaren Wellenabschnitt angeordnetes Federelement aufweist. Die Federeinrichtung ist dabei so ausgebildet, dass sie einenends mit dem zugehörigen Nockenfolger in Kontakt steht und anderenends drehfest mit dem zumindest einen Wellenabschnitt verbunden ist, so dass durch eine Verdrehen des zumindest einen Wellenabschnittes ein Spannen des Federelementes der Federeinrichtung gegen den Nockenfolger bewirkt werden kann. Ist die erforderliche Federspannung und damit eine erforderliche Andrückkraft des Nockenfolgers an den zugehörigen Nocken erreicht, so kann der wenigstens eine Wellenabschnitt fixiert werden, wodurch die zuvor aufgebrachte Federspannung erhalten bleibt. Hierbei ist von besonderem Vorteil, dass die gesamte Montage des erfindungsgemäßen Nockentriebes ohne vorgespannte Federeinrichtung erfolgen kann und diese erst zum Schluss beispielsweise mittels eines Drehmomentenschlüssels gespannt werden kann. Hierdurch erleichtert und vereinfacht sich die Montage erheblich und gleichzeitig ist ein nachträgliches Ändern beziehungsweise Anpassen der Federspannung durch ein entsprechendes Verdrehen des zumindest einen Wellenabschnittes problemlos möglich, wodurch der erfindungsgemäße Nockentrieb im Vergleich zu herkömmlichen Nockentrieben auch bei gegebenenfalls erforderlichen Wartungsarbeiten einfach zu justieren ist.
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der erfindungsgemäßen Lösung ist die zumindest eine Nockenwelle eine verstellbare Nockenwelle mit einer koaxial in einer Außenwelle angeordneten Innenwelle, die verdrehbar gegen die Außenwelle gelagert ist. Dies zeigt, dass der erfindungsgemäße Nockentrieb nicht nur auf eine spezielle Bauform von Nockenwellen begrenzt ist, sondern sowohl bei verstellbaren als auch bei nicht verstellbaren Nockenwellen in unveränderter Weise eingesetzt werden kann, wodurch eine breite wirtschaftliche Anwendbarkeit gegeben ist.
Zweckmäßig können mehrere Federeinrichtungen entlang eines gemeinsamen Wellenabschnittes angeordnet sein, wobei jede der Federeinrichtungen einem zugehörigen Nockenfolger zugeordnet ist. Dieses Ausführungsform zeigt ebenfalls das breite Einsatzspektrum der erfindungsgemäßen Federeinrichtungen, welche sowohl einzeln als auch in einer Mehrzahl entlang eines gemeinsamen Wellenabschnittes vorgesehen sein können. Dabei haben Federeinrichtungen, welche auf getrennt voneinander angeordneten Wellenabschnitten positioniert sind den Vorteil, dass diese einzeln bezüglich ihres Drehmomentes und der daraus resultierenden Federspannung einstellbar sind, während die Anordnung mehrerer Federeinrichtungen auf einem gemeinsamen Wellenabschnitt den großen Vorteil bietet, dass zum Schluss der Montage des erfindungsgemäßen Nockentriebes mehrere Federeinrichtungen gleichzeitig durch ein entsprechendes Aufbringen eines Drehmomentes auf den gemeinsamen Wellenabschnitt gespannt werden können.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der erfindungsgemäßen Lösung ist das Federelement als um den wenigstens einen Wellenabschnitt gewundene Schenkelfeder ausgebildet. Derartige Schenkelfedern sind einerseits kostengünstig herstellbar und bieten andererseits den Vorteil, dass eine nahezu beliebige Federspannung durch eine entsprechende Auswahl des Werkstoffes, beispielsweise eines Federstahles, und/oder durch den Querschnitt des Federelementes realisierbar ist.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung umfasst jede Federeinrichtung neben dem Federelement zwei drehfest mit dem wenigstens einen Wellenabschnitt verbindbare Federhalter, welche als Gleichteile ausgebildet sind. Die Federhalter können dabei mittels eines Fixierelementes drehfest mit dem zumindest einen Wellenabschnitt verbunden werden und weisen üblicherweise zumindest eine Durchgangsöffnung auf, in welche ein Schenkel des zugehörigen Federelementes einführbar und damit in diesem fixierbar ist. Durch die Ausbildung der Federhalter als Gleichteile, vereinfacht sich einerseits der Zusammenbau der erfindungsgemä-βen Federeinrichtung, da der Federhalter für beide Einbaupositionen an der Federeinrichtung geeignet ist. Zugleich verringern sich die Lager- und Logistikkosten sowie eine Fehlerquote beim Zusammenbau des erfindungsgemäßen Nockentriebes.
Weitere wichtige Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, aus den Zeichnungen und aus der zugehörigen Figurenbeschreibung anhand der Zeichnungen.
Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
Dabei zeigen, jeweils schematisch

Fig. 1: eine Ansicht auf einen erfindungsgemäßen Nockentrieb,
Fig. 2: eine Schnittdarstellung im Bereich eines Nockenfolgers mit einer erfindungsgemäßen Federeinrichtung,
Fig. 3: eine Darstellung wie in Fig. 1, jedoch aus einer anderen Perspektive und beschränkt auf eine Federeinrichtung,
Fig. 4: mehrere auf einem gemeinsamen Wellenabschnitt angeordnete erfindungsgemäße Federeinrichtungen,
Fig. 5: eine Darstellung wie in Fig. 4, jedoch mit nur einer einzigen Federeinrichtung,
Fig. 6a,b: unterschiedliche Ansichten auf eine einzige erfindungsgemäße Federeinrichtung mit zwei Wellenabschnitten,
Fig. 7a,b: ein erfindungsgemäßes Federelement in gelöstem beziehungsweise gespanntem Zustand.

Entsprechend Fig. 1 weist ein erfindungsgemäßer Nockentrieb 1 eine Nockenwelle 2 mit darauf angeordneten Nocken 3 und 4 auf. Bei der gemäß Fig. 1 dargestellten Nockenwelle 2 handelt es sich um eine sogenannte verstellbare Nockenwelle mit einer koaxial in einer Außenwelle 5 (vgl. Fig. 2) angeordneten Innenwelle 6 (vgl. Fig. 2), wobei die Innenwelle 6 verdrehbar gegen die Außenwelle 5 gelagert ist. Dabei können beispielsweise die Nocken 3, auch erste Nocken 3 genannt, fest mit der Innenwelle 6 und die Nocken 4, auch zweite Nocken 4 genannt, fest mit der Außenwelle 5 verbunden sein. Längsendseitig der Nockenwelle 2 ist gemäß Fig. 1 einenends ein sogenanntes Kettenrad 7 und anderenends eine Phasenstelleinrichtung 8 angeordnet, mit welcher eine Relativverdrehung zwischen der Außenwelle 5 und der Innenwelle 6 einstellbar ist. Die Phasenstelleinrichtung 8 dient dabei in bekannter Weise zur Justierung einer Ventilöffnungszeit beziehungsweise eines Ventilhubes.
Wie der Fig. 2 zu entnehmen ist, ist im Bereich der Nockenwelle 2 ein Nockenfolger 9 vorgesehen, welcher eine durch eine Außenkontur des/der Nocken 3, 4 gebildeten Arbeitskurve auf ein oder mehrere zugeordnete Ventil(e) 10 des Verbrennungsmotors überträgt. Der Nockenfolger (9) ist dabei gemäß der Fig. 2 als Kipphebel ausgebildet, wobei auch denkbar ist, dass bei einer anderen Anordnung beziehungsweise Ausführungsform des Nockentriebes 1 der Nockenfolger 9 als Schlepphebel ausgebildet ist. Vorzugsweise steht der Nockenfolger 9 über Rollelemente 11 mit dem oder den Nocken 3, 4 der Nockenwelle 2 in Kontakt. Ebenfalls denkbar sind hierbei auch Gleitkontakte.
Um einen ständigen Kontakt zwischen dem Nockenfolger 9 und der Nockenwelle 2 gewährleisten zu können, ist jedem Nockenfolger 9 eine Federeinrichtung 12 zugeordnet, welche den Nockenfolger 9 an den zugehörigen Nocken 3, 4 der Nockenwelle 2 andrückt beziehungsweise gegen diese vorspannt (vgl. Fig. 1 bis 7). Die Federeinrichtung 12 ist dabei auf wenigstens einem fixierbaren, das heißt in seiner Drehlage fixierbaren Wellenabschnitt 13 angeordnet und weist ein auf diesem Wellenabschnitt 13 angeordnetes Federelement 14 auf. Eine Kraft, mit welcher das Federelement 14 den Nockenfolger 9 gegen die zugehörigen Nocken 3, 4 drückt, kann dabei über eine Drehstellung des Wellenabschnittes 13 justiert werden. Dies bedeutet, dass die Federeinrichtung 12 so ausgebildet ist, dass ein Verdrehen des zumindest einen fixierbaren Wellenabschnittes 13 ein Spannen des Federelementes 14 gegen den Nockenfolger 9 bewirkt. Darüber hinaus ist im Bereich des zumindest einen Ventils 10 eine Feder 15 angeordnet, welches das Ventil 10 in seine Schließlage vorspannt. Selbstverständlich ist dabei denkbar, dass der Nockenfolger 9 ein oder mehrere Ventile 10 betätigt.
Gemäß den Fig. 1 bis 7, insbesondere gemäß den Fig. 4 bis 7 ist erkennbar, dass das Federelement 14 als um den wenigstens einen Wellenabschnitt 13 gewundene Schenkelfeder ausgebildet ist, deren erste Schenkel 16 mit Federhaltern 17 gekoppelt sind, während der zweite Schenkel 18 gemäß Fig. 2 und 3 am Nockenfolger 9 anliegt. Die beiden Federhalter 17 einer jeder Federeinrichtung 12 sind dabei als Gleichteile ausgebildet, so dass sie wahlweise rechts und links des Federelementes 14 auf dem zumindest einen Wellenabschnitt 13 montiert werden können. Jeder der Federhalter 17 weist dabei entsprechende Durchgangsöffnungen 19 auf, durch welche der jeweils erste Schenkel 16 des Federelementes 14 hindurchgesteckt und dadurch am zugehörigen Federhalter 17 fixiert werden kann. Über eine Klemmeinrichtung 20, beispielsweise eine Fixierschraube, können die Federhalter 17 drehfest mit dem zumindest einen Wellenabschnitt 13 verbunden werden, so dass eine Verdrehung des Wellenabschnittes 13 bei am Nockenfolger 9 anliegendem Schenkel 18 ein Spannen des Federelementes 14 bewirkt.
Zum Spannen des Federelementes 14 kann dabei ein Drehmomentschlüssel an zumindest einem Längsende des zumindest einen Wellenabschnittes 13 angesetzt werden, wozu am entsprechenden Längsende des Wellenabschnittes 13 ein einsprechendes Eingriffsprofil 21, insbesondere ein Freischliff, ein Außensechskant (vgl. Fig. 4) oder ein Inbus angebracht ist. Gemäß den Fig. 6a und 6b ist dabei ein Freischliff am Längsende des Wellenabschnittes 13 angeordnet.
Betrachtet man die unterschiedlichen Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Federeinrichtungen 12 nach den Fig. 4 und 5 beziehungsweise 6 so wird deutlich, dass der Wellenabschnitt 13 gemäß den Fig. 6a und 6b aus zwei Wellenteilabschnitten 13' und 13" besteht, während der Wellenabschnitt 13 gemäß den Fig. 4 und 5 als durchgehender Wellenabschnitt 13 ausgebildet ist. Bei der Darstellung gemäß den Fig. 6a und b ist an beiden Längsenden des jeweiligen Wellenabschnittes 13' und 13" ein entsprechendes Eingriffsprofil 21 vorgesehen, so dass vorzugsweise an beiden, wenigstens aber an einem Längsende ein Drehmoment zum Spannen der Federeinrichtung 12 auf den jeweiligen Wellenteilabschnitt 13' und 13" aufbringbar ist. Das Eingriffsprofil 21 kann dabei auch beabstandet zum Längsende des Wellenabschnittes 13 (vgl. Fig. 4 und 5) angeordnet sein.
Gemäß den Fig. 4 und 5 weist der zumindest eine Wellenabschnitt 13 eine im wesentlichen quer zur Wellenabschnittachse 22 verlaufende Durchgangsöffnung 19' auf, die bei montierter Federeinrichtung 12 mit einer zugehörigen und nicht gezeigten Öffnung in einem Zylinderkopf oder in einer Zylinderkopfhaube fluchtet und zur Aufnahme eines ebenfalls nicht gezeigten Fixierelementes, insbesondere eines Fixierbolzens, ausgebildet ist. Nach dem Spannen der Federeinrichtung 12 durch ein Verdrehen des Wellenabschnittes 13 kann somit das aufgebrachte Drehmoment durch Einschieben des Fixierelementes in die Durchgangsöffnung 19' und eine entsprechende Öffnung im Zylinderkopf beziehungsweise in der Zylinderkopfhaube fixiert werden.
Darüber hinaus kann wenigstens eine zusätzliche Fixiereinrichtung 23, insbesondere eine Klemmschraube vorgesehen sein, über welche der zumindest eine Wellenabschnitt 13 bei gespannter Federeinrichtung 12 fixierbar ist (vgl. Fig. 5).
Gemäß den Fig. 7a und 7b ist das Federelement 14 in entspannter Stellung (Fig. 7a) und gespannter Stellung (Fig. 7b) gezeigt, wobei eine derartige Ausbildung als Schenkelfeder kostengünstig und bezüglich einer gewünschten Federkennlinie einfach zu realisieren ist.
Wie oben erwähnt kann die zumindest eine Federeinrichtung 12 über den wenigstens einen Wellenabschnitt 13 beispielsweise an einem nicht gezeigten Zylinderkopf oder an einer ebenfalls nicht gezeigten Zylinderkopfhaube angeordnet sein. Eine Anordnung kann dabei direkt oder indirekt über einen Rahmen, insbesondere einen Aluminiumrahmen erfolgen. Insgesamt wird durch die erfindungsgemäße Federeinrichtung 12 beziehungsweise durch den erfindungsgemäßen Nockentrieb 1 der Zusammenbau des Nockentriebes 1 beziehungsweise des zugehörigen Verbrennungsmotors deutlich vereinfacht, da die Federeinrichtungen 12 erst nach der Montage der Nockenwelle 2 gespannt werden können. Durch die Anordnung der Federeinrichtung 12 an der Zylinderkopfhaube oder am Zylinderkopf und insbesondere durch die Zusammenfassung mehrerer Federeinrichtungen 12 entlang eines einzigen Wellenabschnittes 13 wird deren Montage zusätzlich vereinfacht.

Claims

Nockentrieb (1) für einen Verbrennungsmotor, insbesondere für einen Kraftfahrzeugmotor,
- mit zumindest einer Nockenwelle (2), auf der wenigstens ein Nocken (3, 4) angeordnet ist,

- mit einem Nockenfolger (9) zur direkten oder indirekten Übertragung einer durch eine Außenkontur des wenigstens einen Nockens (3, 4) gebildeten Arbeitskurve auf ein oder mehrere zugeordnete Ventil(e) (10) des Verbrennungsmotors,

- mit zumindest einer Federeinrichtung (12) zum Andrücken des Nockenfolgers (9) an einen zugehörigen Nocken (3, 4),

- wobei die zumindest eine Federeinrichtung (12) ein auf wenigstens einem fixierbaren Wellenabschnitt (13) angeordnetes Federelement (14) aufweist, wobei die Federeinrichtung (12) so ausgebildet ist, dass ein Verdrehen des zumindest einen fixierbaren Wellenabschnittes (13) ein Spannen des Federelementes (14) gegen den Nockenfolger (9) bewirkt,
dadurch gekennzeichnet,
- dass jede Federeinrichtung (12) neben dem Federelement (14) zwei drehfest mit dem wenigstens einen Wellenabschnitt (13) verbindbare Federhalter (17) umfasst, wovon jeder jeweils einen Schenkel (16) des Federelements (14) fixiert,

- dass das Federelement (14) als um den wenigstens einen Wellenabschnitt (13) gewundene Schenkelfeder ausgebildet ist, deren erste Schenkel (16) mit den Federhaltern (17) gekoppelt sind, während der zweite Schenkel (18) am Nockenfolger (9) anliegt.
Nockentrieb nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
- dass die zumindest eine Nockenwelle (2) eine verstellbare Nockenwelle (2) mit einer koaxial in einer Außenwelle (5) angeordneten Innenwelle (6) ist, wobei die Innenwelle (6) verdrehbar gegen die Außenwelle (5) gelagert ist,

- dass die Nockenwelle (2) erste und zweite Nocken (3, 4) aufweist, wovon die ersten Nocken (3) fest mit der Innenwelle (6) und die zweiten Nocken (4) fest mit der Außenwelle (5) verbunden sind.
Nockentrieb nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet,
dass mehrere Federeinrichtungen (12) entlang eines gemeinsamen Wellenabschnittes (13) angeordnet sind, wobei jede Federeinrichtung (12) einem zugehörigen Nockenfolger (9) zugeordnet ist.
Nockentrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Federhalter (17) als Gleichteile ausgebildet sind.
Nockentrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
dadurch gekennzeichnet,
dass die zumindest eine Federeinrichtung (12) über den wenigstens einen Wellenabschnitt (13) am Zylinderkopf oder an einer Zylinderkopfhaube angeordnet ist.
Nockentrieb nach Anspruch 5,
dadurch gekennzeichnet,
- dass der zumindest eine Wellenabschnitt (13) eine im wesentlichen quer zur Wellenabschnittsachse (22) verlaufende Durchgangsöffnung (19') aufweist, die bei montierter Federeinrichtung (12) mit einer zugehörigen Öffnung im Zylinderkopf oder in der Zylinderkopfhaube fluchtet und zur Aufnahme eines Fixierelementes, insbesondere eines Fixierstiftes ausgebildet ist, und/oder

- dass der zumindest eine Wellenabschnitt (13) mit der zumindest einen zugehörigen Federeinrichtung (12) in einem separaten Rahmen, insbesondere in einem Aluminiumrahmen, angeordnet ist.
Nockentrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 6,
dadurch gekennzeichnet,
dass der zumindest eine Wellenabschnitt (13) an zumindest einem Längsende ein Eingriffsprofil (21), insbesondere einen Außensechskant oder einen Inbus aufweist, über welches ein Drehmoment zum Spannen der Federeinrichtung (12) auf den Wellenabschnitt (13) aufbringbar ist.
Nockentrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 7,
dadurch gekennzeichnet,
dass wenigstens eine Fixiereinrichtung (23), insbesondere eine Klemmschraube vorgesehen ist, über welche der zumindest eine Wellenabschnitt (13) bei gespannter Federeinrichtung (12) fixierbar ist.