WO2012167867A1 - Lagerung einer nockenwelle - Google Patents

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WO2012167867A1 PCT/EP2012/002096 EP2012002096W WO2012167867A1 WO 2012167867 A1 WO2012167867 A1 WO 2012167867A1 EP 2012002096 W EP2012002096 W EP 2012002096W WO 2012167867 A1 WO2012167867 A1 WO 2012167867A1
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    • F01L13/0036—Modifications of valve-gear to facilitate reversing, braking, starting, changing compression ratio, or other specific operations for optimising engine performances by modifying valve lift according to various working parameters, e.g. rotational speed, load, torque the valves being driven by two or more cams with different shape, size or timing or a single cam profiled in axial and radial direction
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    • Y10T29/49229—Prime mover or fluid pump making
    • Y10T29/49293—Camshaft making

Definitions

  • Reciprocating internal combustion engine with a crank mechanism with at least one cylinder head whose inlet and outlet channels are dominated by at least one designed as inlet and outlet valve gas exchange valve, which can be actuated by cams at least one camshaft and driven by these transmission elements, wherein the cams as sliding cam with at least two cams per sliding cam unit are formed, which are non-rotatably but axially displaceably arranged by means of internal teeth on a basic shaft with external teeth, with at least one engine fixed device for moving the sliding cam unit in different axial positions by means of an actuator pin cooperating sliding grooves on the circumference of the sliding cam unit, and with bearings for radial and axial fixing of the camshaft to a component of the internal combustion engine.
  • a camshaft for installation in such a reciprocating internal combustion engine is known from DE-101 48 243 A1.
  • the sliding cam units have bearings on their outer circumference, which are guided in bearings supported on the internal combustion engine.
  • the width of the bearing corresponds to the width of the sliding bearing plus the displacement of the sliding cam unit in the axial direction. Therefore, the sliding bearing requires a large overall extent in the axial direction of the camshaft, whereby a large space is needed, which is perceived as unfavorable.
  • the fundamental shaft of the camshaft is thereby radially guided only indirectly via the inner and outer teeth of the sliding cam units and the fundamental shaft. This, too, is not regarded as optimal, since the fundamental wave of the camshaft, which is connected on the drive side to the crank drive of the reciprocating internal combustion engine, is not guided with sufficient accuracy.
  • the object of the invention is therefore to improve the storage of the camshaft of a reciprocating internal combustion engine so that the disadvantages described are eliminated, with an exact bearing of the camshaft should be made.
  • the storage should also be independent of the type of storage. It should also be a cost-effective production with simple means.
  • the object of the invention is achieved in that the fundamental wave is guided by bearings on the component of the internal combustion engine.
  • the bearings can now smooth on a circular cylindrical Bearing, which is designed in diameter smaller or larger than the external teeth, be attached.
  • the bearings are located at locations on the fundamental shaft that are not used by the shift cam units.
  • the bearings serve as supports for plain bearings or rolling bearings. Possibly. then the bearing housings have to be split.
  • rings are fixed on the fundamental shaft, which are designed as support elements for bearings.
  • the rings are achieved that their outer diameter is greater than the outer teeth, so that the bearing points are axially accessible.
  • the rings may also be made as split rings and fixed to the fundamental shaft, e.g. be tense.
  • the rings are connected directly to the fundamental, so that an exact guidance of the fundamental wave is given. Since the fundamental is fixed axially, the rings need only have the desired bearing width.
  • the fundamental wave advantageously has a continuous outer toothing comprising the regions of the sliding cam units and the rings.
  • the teeth can thus be produced inexpensively along the basic shaft.
  • the rings are then fastened on the external toothing of the basic shaft.
  • the external toothing of the fundamental wave e.g. be designed as a splined shaft profile or as a hub profile with involute or as a polygonal profile.
  • the rings can be executed on its inside either circular cylindrical smooth or fitting to the respective profile, the attachment of the rings is preferably carried out by means of a non-positive connection, in particular a press fit is provided. But it can also be a positive fixing of the rings on the fundamental wave, this z. B. can be made by means of spring washers.
  • the rings may alternatively have a matching internal teeth with trapezoidal flanks, the involutes of the hub profile and the trapezoidal flanks of the internal teeth of the rings are designed to match each other so that a positive connection can be made can.
  • the rings described above are particularly suitable as inner rings of rolling bearings, in particular needle bearings. This results in a space-saving cost-effective bearing design, with no own oil supply with oil channels is required for these bearings, as is necessary with plain bearings, since they make do with the oil mist usually present under the valve cover.
  • the rings are placed in a simple manner on the external teeth of the fundamental and pushed by means of force to the appropriate place.
  • a lubricant / adhesive can be used, which also ensures a good seat adhesion after positioning the rings at the appropriate location.
  • the fundamental wave be deep-frozen and thereby shrink, so that the assembly of the rings is facilitated.
  • the rings can also be heated. Then the bearings, in particular bearings, should be mounted only when the rings have cooled sufficiently. Both measures can also be used in combination.
  • the sliding cam units can be assembled in the same position and angular position as in the finish grinding on the fundamental shaft.
  • FIG. 1 is a side view of a fully assembled camshaft
  • Figure 2 a section through the camshaft according to the line A-A in
  • FIG. 1 A first figure.
  • Figure 3 an enlarged view of the mark Z in Figure 2 according to version 1 and
  • FIG. 3 shows an enlarged view of the marking Z in FIG. 2 corresponding to version 2.
  • DETAILED DESCRIPTION OF THE DRAWINGS in FIGS. 1 to 4, as shown in detail, 1 generally designates a camshaft having a basic shaft 2 and sliding cam units 3.
  • the fundamental shaft 2 has a continuous external toothing 4, which has the areas of the sliding cam units 3 including their displacement paths. Between the sliding cam units 3 rings 5 are installed, which are fixed non-positively on the outer teeth 4.
  • the ring 5 has a circular-cylindrical inner casing 6, which is supported on the head circular surfaces 7 of the external toothing 4 of the fundamental shaft 2.
  • the rings 5 are fixed non-positively on the external teeth 4 of the fundamental wave 2.
  • the ring 5 has an internal toothing 8, which has trapezoidal inner edges 9, which correspond to the involutes of the outer toothing formed as a tooth hub profile 4 and establish with these the non-positive connection.

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Abstract

Hubkolbenbrennkraftmaschine mit einem Kurbeltrieb, mit zumindest einem Zylinderkopf, dessen Ein- und Auslasskanäle von zumindest je einem als Ein- und Auslassventil ausgebildeten Gaswechselventil beherrscht sind, die durch Nocken zumindest einer Nockenwelle und von diesen angetriebenen Übertragungselementen betätigbar sind, wobei die Nocken als Schiebenocken mit zumindest zwei Nocken pro Schiebenockeneinheit ausgebildet sind, die mittels Innenverzahnung auf einer Grundwelle mit Außenverzahnung drehfest aber axial verschiebbar angeordnet sind, mit zumindest einer Brennkraftmaschinenfesten Vorrichtung zur Verschiebung der Schiebenockeneinheit in unterschiedliche axiale Positionen mittels mit einem Aktorstift zusammenwirkenden Verschiebenuten am Umfang der Schiebenockeneinheit, und mit Lagern zur radialen und axialen Festlegung der Nockenwelle an einem Bauteil der Brennkraftmaschine, wobei die Grundwelle mittels Lager an dem Bauteil der Brennkraftmaschine geführt ist.

Description

Bezeichnung der Erfindung
Lagerung einer Nockenwelle
Beschreibung
Gebiet der Erfindung
Hubkolbenbrennkraftmaschine mit einem Kurbeltrieb, mit zumindest einem Zylinderkopf, dessen Ein- und Auslasskanäle von zumindest je einem als Ein- und Auslassventil ausgebildeten Gaswechselventil beherrscht sind, die durch Nocken zumindest einer Nockenwelle und von diesen angetriebenen Übertragungselementen betätigbar sind, wobei die Nocken als Schiebenocken mit zumindest zwei Nocken pro Schiebenockeneinheit ausgebildet sind, die mittels Innenverzahnung auf einer Grundwelle mit Außenverzahnung drehfest aber axial verschiebbar angeordnet sind, mit zumindest einer Brennkraftmaschinenfesten Vorrichtung zur Verschiebung der Schiebenockeneinheit in unterschiedliche axiale Positionen mittels mit einem Aktorstift zusammenwirkenden Verschiebenuten am Umfang der Schiebenockeneinheit, und mit Lagern zur radialen und axialen Festlegung der Nockenwelle an einem Bauteil der Brennkraftmaschine. Hintergrund der Erfindung
Eine Nockenwelle zum Einbau in eine derartigen Hubkolbenbrennkraftmaschine ist aus der DE- 101 48 243 A1 bekannt. Bei dieser Nockenwelle weisen die Schiebenockeneinheiten an ihrem Außenumfang Lagerstellen auf, die in an der Brennkraftmaschine abgestützten Gleitlagern geführt sind. Dabei entspricht die Breite der Lagerstelle der Breite des Gleitlagers zuzüglich des Verschiebeweges der Schiebenockeneinheit in axialer Richtung. Deshalb benötigt das Gleitlager insgesamt eine große Erstreckung in axialer Richtung der Nockenwelle, wodurch ein großer Bauraum benötigt wird, was als ungünstig empfunden wird. Darüber hinaus ist die Grundwelle der Nockenwelle dadurch nur indirekt über die Innen- und Außenverzahnung der Schiebenockeneinheiten und der Grundwelle radial geführt. Auch dies wird nicht als optimal angesehen, da die Grundwelle der Nockenwelle, die mit dem Kurbeltrieb der Hubkolbenbrennkraftmaschine antriebsseitig in Verbindung steht, nicht hinreichend exakt geführt ist.
Aufgabe der Erfindung Aufgabe der Erfindung ist es daher, die Lagerung der Nockenwelle einer Hubkolbenbrennkraftmaschine so zu verbessern, dass die beschriebenen Nachteile behoben werden, wobei eine exakte Lagerung der Nockenwelle erfolgen soll. Die Lagerung soll darüber hinaus unabhängig von der Lagerart sein. Dabei soll auch eine kostengünstige Herstellung mit einfachen Mitteln erfolgen.
Zusammenfassung der Erfindung Die Aufgabe der Erfindung wird dadurch gelöst, dass die Grundwelle mittels Lager an dem Bauteil der Brennkraftmaschine geführt ist. Dadurch ist eine exakte Lagerung der Grundwelle und auch der Nockenwelle insgesamt gegeben, wobei auch die Breite der Lager nur entsprechend der Lager-Gegebenheiten ausgeführt werden muss. Die Lager können nun auf einer kreiszylindrisch glatten Lagerstelle, die im Durchmesser kleiner oder größer als die Außenverzahnung ausgeführt ist, angebracht sein. Die Lager sind an Stellen auf der Grundwelle angeordnet, die nicht von den Schiebenockeneinheiten benutzt werden. Die Lagerstellen dienen dabei als Stützen für Gleitlager oder auch für Wälzlager. Ggf. müssen dann die Lagergehäuse geteilt ausgeführt werden.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung wird vorgeschlagen, dass auf der Grundwelle Ringe befestigt sind, die als Stützelemente für Lager ausgebildet sind. Durch die Ringe wird erreicht, dass ihr Außendurchmesser größer ist als die Außenverzahnung, sodass die Lagerstellen axiale gut zugänglich sind. Die Ringe können auch als geteilte Ringe ausgeführt und auf der Grundwelle befestigt, z.B. verspannt sein. Die Ringe sind dabei direkt mit der Grundwelle verbunden, so dass eine exakte Führung der Grundwelle gegeben ist. Da die Grundwelle axial festgelegt ist, brauchen die Ringe lediglich die gewünschte Lagerbreite aufzuweisen .
Die Grundwelle weist in vorteilhafter Weise eine die Bereiche der Schiebenockeneinheiten und der Ringe umfassende durchgehende Außenverzahnung auf. Die Verzahnung kann somit kostengünstig entlang der Grundwelle hergestellt werden Die Ringe sind dann auf der Außenverzahnung der Grundwelle befestigt. Dabei kann die Außenverzahnung der Grundwelle, z.B. als Keilwellenprofil oder als Zahnnabenprofil mit Evolventenverzahnung oder auch als Polygonprofil ausgeführt sein. Die Ringe können dabei auf ihrer Innenseite entweder kreiszylindrisch glatt oder zu dem jeweiligen Profil passend ausgeführt werden, wobei die Befestigung der Ringe vorzugsweise mittels einer kraftschlüssigen Verbindung erfolgt, wobei insbesondere eine Pressverband vorgesehen ist. Es kann aber auch eine formschlüssige Festlegung der Ringe auf der Grundwelle erfolgen, wobei dies z. B. mittels Federringen vorgenommen werden kann.
Insbesondere bei Keilwellenprofilen, die ausgeprägte Kopfkreisflächen und Fußkreisflächen mit radial ausgerichteten Zahnflanken aufweisen, bietet es sich an, Ring mit kreiszylindrischem Innenmantel zu verwenden. Die Innenflächen der Ringe können aber auch dem Keilwellenprofil nachgebildet sein, wobei die Innenflächen des Profils an den Ringen sich auf den Kopf- und/oder Fußkreisflächen abstützen können. Bei Abstützung auf den Fußkreisflächen brauchen nicht alle Flächen benutzt zu werden. Es reicht ggf. aus, wenn die Innenflächen sich beispielsweise auf drei über den Umfang verteilte Fußkreisflächen abstützen.
Wenn das Außenprofil der Grundwelle als Zahnnabenprofil mit Evolventenverzahnung ausgebildet ist, können die Ringe auch alternativ eine passende Innenverzahnung mit trapezförmigen Flanken aufweisen, wobei die Evolventen des Zahnnabenprofils und die trapezförmigen Flanken der Innenverzahnung der Ringe zueinander so passend ausgeführt sind, dass eine kraftschlüssige Verbindung hergestellt werden kann.
Die zuvor beschriebenen Ringe sind insbesondere als Innenringe von Wälzlagern, insbesondere Nadellagern geeignet. Dabei ergibt sich eine raumsparende kostengünstige Lagergestaltung, wobei für diese Wälzlager keine eigene Ölzufuhr mit Ölkanälen erforderlich ist, wie dies bei Gleitlagern notwendig ist, da sie mit dem üblicherweise unter der Ventilhaube vorhandenen Ölnebel auskommen.
In weiterer Ausgestaltung wird ein Verfahren zur Herstellung einer Nockenwelle mit den folgenden Arbeitsschritten vorgeschlagen:
- Herstellen der Grundwelle mit durchgehender Außenverzahnung,
Herstellen der Schiebenockeneinheiten und Vormontage derselben auf der Grundwelle
Fertigschleifen der Nockenkonturen der Nocken der
Schiebenockeneinheiten
Demontage der Schiebenockeneinheiten und Reinigen derselben und der
Grundwelle
Abwechselnde Montage der Schiebenockeneinheiten und der kompletten Wälzlager einschließlich der Ringe, die auch als Lagerinnenringe dienen, auf der Grundwelle und
Angleichen der Temperaturen der Bauteile. Die Ringe werden in einfacher Weise auf die Außenverzahnung der Grundwelle gesetzt und mittels Kraftaufwand an die passende Stelle geschoben. Zur leichteren Überwindung des Widerstandes zwischen Außenverzahnung und Ring kann ggf. ein Gleit- / Haftmittel verwendet werden, das nach Positionieren der Ringe an der passenden Stelle auch eine gute Sitzhaftung sicherstellt.
In weiterer Ausgestaltung des Herstellungsverfahrens wird vorgeschlagen, dass vor der Montage der Ringe die Grundwelle tiefgekühlt wird und dadurch schrumpft, sodass die Montage der Ringe erleichtert wird.
Sobald sich die Grundwelle erwärmt und sich den Temperaturen der übrigen Bauteile anpasst, entsteht eine kraftschlüssige Verbindung der Ringe auf der Grundwelle mit einem vorgewählten Presssitzverband.
Alternativ zu der Tiefkühlung der Grundwelle können die Ringe auch erwärmt werden. Dann sollten die Lager, insbesondere Wälzlager, erst dann montiert werden, wenn sich die Ringe ausreichend abgekühlt haben. Beide Maßnahmen können auch in Kombination angewandt werden.
Um die Genauigkeit der Lage der Nocken zu verbessern, können die Schiebenockeneinheiten in derselben Position und Winkellage wie beim Fertigschleifen auf der Grundwelle endmontiert werden.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Zur weiteren Erläuterung der Erfindung wird auf die Zeichnungen verwiesen, in denen zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung vereinfacht dargestellt sind. Es zeigen:
Figur 1 : eine Seitenansicht einer fertig montierten Nockenwelle,
Figur 2: ein Schnitt durch die Nockenwelle gemäß der Linie A-A in
Figur 1 ,
Figur 3: eine vergrößerte Ansicht der Markierung Z in Figur 2 entsprechend Version 1 und
Figur 3: eine vergrößerte Ansicht der Markierung Z in Figur 2 entsprechend Version 2. Detaillierte Beschreibung der Zeichnungen In den Figuren 1 bis 4 ist, soweit im Einzelnen dargestellt, mit 1 allgemein eine Nockenwelle bezeichnet, die eine Grundwelle 2 und Schiebenockeneinheiten 3 aufweist. Die Grundwelle 2 hat eine durchgehende Außenverzahnung 4, die die Bereiche der Schiebenockeneinheiten 3 einschließlich ihrer Verschiebewege aufweist. Zwischen den Schiebenockeneinheiten 3 sind Ringe 5 eingebaut, die kraftschlüssig auf der Außenverzahnung 4 befestigt sind.
Wie Figur 3 zu entnehmen ist, hat der Ring 5 einen kreiszylindrischen Innenmantel 6, der sich auf den Kopfkreisflächen 7 der Außenverzahnung 4 der Grundwelle 2 abstützt. Die Ringe 5 sind kraftschlüssig auf der Außenverzahnung 4 der Grundwelle 2 festgelegt.
In einer alternativen Ausgestaltung gemäß Figur 4 weist der Ring 5 eine Innenverzahnung 8 auf, die trapezförmige Innenflanken 9 aufweist, die mit den Evolventen der als Zahnnabenprofil ausgebildeten Außenverzahnung 4 korrespondieren und mit diesen die kraftschlüssige Verbindung herstellen.
Bezugszeichenliste 1 Nockenwelle
2 Grundwelle
3 Schiebenockeneinheiten
4 Außenverzahnung
5 Ringe
6 Innenmantel
7 Kopfkreisflächen
8 Innenverzahnung
9 trapezförmige Innenflanken

Claims

Patentansprüche 1. Hubkolbenbrennkraftmaschine mit einem Kurbeltrieb, mit zumindest einem Zylinderkopf, dessen Ein- und Auslasskanäle von zumindest je einem als Ein-und Auslassventil ausgebildeten Gaswechselventil beherrscht sind, die durch Nocken zumindest einer Nockenwelle und von diesen angetriebenen Übertragungselementen betätigbar sind, wobei die Nocken als Schiebenocken mit zumindest zwei Nocken pro Schiebenockeneinheit ausgebildet sind, die mittels Innenverzahnung auf einer Grundwelle mit Außenverzahnung drehfest aber axial verschiebbar angeordnet sind, mit zumindest einer Brennkraftmaschinenfesten Vorrichtung zur Verschiebung der Schiebenockeneinheit in unterschiedliche axiale Positionen mittels mit einem Aktorstift zusammenwirkenden Verschiebenuten am Umfang der Schiebenockeneinheit, und mit Lagern zur radialen und axialen Festlegung der Nockenwelle an einem Bauteil der Brennkraftmaschine, dadurch gekennzeichnet, dass die Grundwelle (2) mittels Lagern an dem Bauteil der Brennkraftmaschine geführt ist.
2. Hubkolbenbrennkraftmaschine nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass auf der Grundwelle (2) Ringe (5) befestigt sind, die als Stützelemente für Lager ausgebildet sind.
3. Hubkolbenbrennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Grundwelle (2) eine die Bereiche der Schiebenockeneinheiten (3) und der Ringe (5) umfassende durchgehende Außenverzahnung (4) aufweist.
4. Hubkolbenbrennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet, dass die Ringe (5) auf der Außenverzahnung (4) der Grundwelle (2) befestigt sind.
5. Hubkolbenbrennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Grundwelle (2) ein Wellenprofil zur Drehverbindung mit den Schiebenockeneinheiten (3) und die Ringe (5) einen kreiszylindrischen Innenmantel (6) aufweisen und dass die Ringe (5) an den Kopfkreisflächen (7) des Wellenprofils kraftschlüssig festgelegt sind.
6. Hubkolbenbrennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Grundwelle (2) ein Zahnnabenprofil mit Evolventenverzahnung zur Drehverbindung mit den Schiebenockeneinheiten (3) aufweist, dass die Ringe (5) eine Innenverzahnung (8) mit trapezförmigen Flanken (9) aufweisen und dass die Ringe (5) kraftschlüssig an dem Zahnnabenprofil befestigt sind.
7. Hubkolbenbrennkraftmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Ringe (5) als Innenringe von Wälzlagern, insbesondere Nadellagern, ausgeführt sind.
8. Verfahren zur Herstellung einer Nockenwelle nach einem der vorhergehenden Ansprüche mittels der folgenden Arbeitsschritte:
a) Herstellen der Grundwelle (2) mit durchgehender Außenverzahnung (4), b) Herstellen der Schiebenockeneinheiten (3) und Vormontage derselben auf der Grundwelle (2),
c) Fertigschleifen der Nockenkonturen der Nocken der Schiebenockeneinheiten (3),
d) Demontage der Schiebenockeneinheiten (3) und Reinigen derselben und der Grundwelle (2) und e) Abwechselnde Montage der Schiebenockeneinheiten (3) und der kompletten Wälzlager einschließlich der Ringe (5), die auch als Lagerinnenringe dienen, auf der Grundwelle (2).
9. Verfahren zur Herstellung einer Nockenwelle nach Anspruch 8 ,
dadurch gekennzeichnet, dass im Anschluss an den Arbeitsschritt d) der Arbeitschritt:
f) Tiefkühlen der Grundwelle (2) oder Erhitzen der Ringe (5) und
im Anschluss an den Arbeitsschritt e) der Arbeitsschritt:
g) Angleichen der Temperaturen der Bauteile
eingefügt werden.
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