WO2015078588A1 - Verstellbare nockenwelle - Google Patents

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WO2015078588A1
WO2015078588A1 PCT/EP2014/003177 EP2014003177W WO2015078588A1 WO 2015078588 A1 WO2015078588 A1 WO 2015078588A1 EP 2014003177 W EP2014003177 W EP 2014003177W WO 2015078588 A1 WO2015078588 A1 WO 2015078588A1
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WO
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spherical shape
bearing surface
bearing
shaft
outer shaft
Prior art date
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PCT/EP2014/003177
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English (en)
French (fr)
Inventor
Martin Lehmann
Bernd Mann
Michael Kunz
Uwe Dietel
Jürgen MEUSEL
Manfred Muster
Markus NIEDERLECHNER
Marko CURLIC
Original Assignee
Thyssenkrupp Presta Teccenter Ag
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    • F01L1/34—Valve-gear or valve arrangements, e.g. lift-valve gear characterised by the provision of means for changing the timing of the valves without changing the duration of opening and without affecting the magnitude of the valve lift
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    • F01L1/344—Valve-gear or valve arrangements, e.g. lift-valve gear characterised by the provision of means for changing the timing of the valves without changing the duration of opening and without affecting the magnitude of the valve lift changing the angular relationship between crankshaft and camshaft, e.g. using helicoidal gear
    • F01L1/34413—Valve-gear or valve arrangements, e.g. lift-valve gear characterised by the provision of means for changing the timing of the valves without changing the duration of opening and without affecting the magnitude of the valve lift changing the angular relationship between crankshaft and camshaft, e.g. using helicoidal gear using composite camshafts, e.g. with cams being able to move relative to the camshaft
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
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    • F01L2001/0471—Assembled camshafts
    • F01L2001/0473—Composite camshafts, e.g. with cams or cam sleeve being able to move relative to the inner camshaft or a cam adjusting rod
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F01L1/02—Valve drive
    • F01L1/04—Valve drive by means of cams, camshafts, cam discs, eccentrics or the like
    • F01L1/047—Camshafts
    • F01L2001/0476—Camshaft bearings

Definitions

  • the present invention relates to an adjustable camshaft for the valve train of an internal combustion engine having an outer shaft and extending through the outer shaft inner shaft, wherein on the outer shaft at least one cam element is arranged and which is rotationally fixedly connected to the inner shaft, and wherein the cam member having a shaft passage an inner bearing surface having a bearing surface on the outside of the outer shaft forms a sliding bearing for rotatably mounting the cam member on the outer shaft.
  • DE 10 2012 103 581 A1 shows a generic type adjustable camshaft with an outer shaft and an inner shaft, and the inner shaft extends through the tubular outer shaft and is rotatable in this.
  • a pin on the outer shaft rotatably received cam member is rotatably connected to the inner shaft, so that upon rotation of the inner shaft relative to the outer shaft, a change in the phase position of the cam member is generated on the outer shaft.
  • the rotatable on the outer shaft cam member forms with a shaft passage in the cam member has a sliding bearing on the outside of the outer shaft, and the sliding bearing is supplied via a gap between the inner shaft and the outer shaft with lubricant.
  • the cam member is in contact with a tapping member for the valvetrain, which often results in radially biased forces acting on the cam member. This can lead to tilting of the cam element relative to the longitudinal axis of the camshaft and increased loads in the outer regions of the bearing surfaces, which can lead to so-called edge carriers.
  • edge carriers form when, with a tilting of the cam element on the otherwise cylindrical outer shaft only the edge region of the bearing surface, so for example, the outer longitudinal axis direction locally limited area
  • CONFIRMATION COPY the shaft passage or the edge region of the setting point on the outer shaft, which receives full operating forces on the cam element.
  • a valve actuating element is known, and there is provided a roller bearing outer race, which is in contact with the cam contour of a cam member.
  • the outer ring is roller-mounted via an inner ring, and the bearing unit formed by the outer ring and the inner ring is tiltably received on a bearing pin.
  • the bearing pin is designed crowned.
  • the object of the invention is the development of an adjustable camshaft for the valve train of an internal combustion engine with an improved recording of a cam element on the outer shaft of the camshaft.
  • the invention includes the technical teaching that at least one of the bearing surfaces is at least partially formed with a spherical shape.
  • a spherical shape of at least one of the bearing surfaces is provided for rotational movement of the cam member on the outer shaft about the longitudinal axis, a further degree of freedom for performing a slight tilting movement of the cam member on the outer shaft.
  • bearing air is achieved by the spherical shape that the radial gap increases over the axial length of the bearing surfaces on at least one side to the outside. If the cam element tilts slightly on the outer shaft, a longer axial area of the mutually sliding bearing surfaces comes into play, whereby the formation of edge beams is avoided.
  • the spherical shape according to the invention at least one of the bearing surfaces describes a shape of the bearing surfaces, which is rotationally symmetrical, and generates a variable over the axial length of the bearing surface bearing clearance between the two bearing surfaces.
  • the spherical shape is designed so that the bearing clearance, ie the remaining radial gap between the bearing surfaces, becomes larger towards at least one outer side of the bearing surface.
  • the spherical shape forms according to the invention a deviation from the cylindrical shape in such a way that the surface bulges in the shaft passage or the outside of the outer shaft to the respective opposite bearing surface to form a radial gap narrowing out.
  • the cam element can thus execute a likewise periodic tilting movement following the periodic action of force by a tapping element, as a result of which even a pumping effect of lubricant can be generated in the gap between the bearing surfaces.
  • the lubricant supply can be improved in the bearing gap between the bearing surfaces, in particular it is avoided that in the bearing gap existing lubricant is outdated and not replaced by fresh lubricant.
  • the geometric deviation of the shape of the bearing surface from a cylindrical shape is made so small that the contact of the cam track of the cam element is not adversely affected to the tap element.
  • the cam element maintains a line contact with the pick-up element in an improved manner, without it being possible for edge supports to form in this line contact as well.
  • the crowned shape is made so minimal that it does not come to solid contact between the bearing surface in the shaft passage and the bearing surface on the outside of the outer shaft, and a bearing lubricating film is maintained even with a tilted arrangement of the cam member on the outside of the outer shaft.
  • the bearing surface on the outside of the outer shaft may have a spherical shape, in particular wherein the spherical shape may have a width which corresponds at least to the length of the sliding bearing in the direction of a longitudinal axis in which the camshaft extends.
  • the width of the spherical shape may correspond to the axial length of the sliding bearing, but it can also be provided that the spherical shape has a greater width than the axial length of the plain bearing. This can be achieved in particular that the radius, which results in the bearing surface by the spherical shape, can be made very large, resulting in manufacturing advantages.
  • the bearing surface in the shaft passage at least partially have a spherical shape, so that the shaft passage on the inside has a smaller diameter than the edge.
  • the crowned shape can also be provided in both bearing surfaces, whereby the radial gap enlargements in the edge direction of the plain bearing can be added by the two crowned shapes.
  • the spherical shape in at least one of the bearing surfaces can be carried out advantageously in various ways.
  • the spherical shape may be formed symmetrically with respect to the longitudinal axis of the camshaft. This forms a sliding bearing with mutually sliding off bearing surfaces, which has a radial gap narrowing, which results in the axial direction centered over the length of the bearing surfaces.
  • the cam member in two opposite tilting directions tilt in the same way.
  • the area of the minimum radial gap between the bearing surfaces can be arranged centrally below the cam track of the cam element.
  • the cam member may also have a cam collar, resulting in an axially longer configuration of the cam member.
  • the region of the radial gap narrowing can form centrally over the entire length of the bearing surface, which is determined by the axial length of the cam element with the cam collar.
  • the spherical shape in the at least one bearing surface may also be formed asymmetrically.
  • the asymmetrically formed spherical shape can be used, which can be formed both in the bearing surface in the shaft passage and in the outer side of the outer shaft, namely at the setting point for receiving the cam element.
  • the spherical shape may be formed asymmetrically in the at least one bearing surface such that a radial gap narrowing between the bearing surfaces in the portion of the cam collar or preferably adjacent to the portion of the cam collar is formed.
  • the application of force to the cam member is basically created by the cam track of the cam member, whereby the cam member can perform a slight periodic tilting movement on the outer shaft. Due to the symmetrical or asymmetrical crowned shape of at least one of the bearing surfaces roll the bearing surfaces from each other while performing the tilting movement, and in the end point of the tilting arise due to the inventive spherical shape no edge beams.
  • the spherical shape in at least one of the bearing surfaces need not be formed over the entire axial length of the bearing surface.
  • the at least one bearing surface may have at least one cylindrical section which is formed adjacent to a spherical shape. It can also be provided that the cylindrical section axially extends the region of the radial gap narrowing so that on one or both sides of the cylindrical section a spherical shape follows, over which the bearing surface runs out to the edge.
  • Such a Contour profile of the bearing surface with a preferably centrally arranged cylindrical portion and laterally expiring spherical shapes avoids particularly advantageous manner in a tilting of the cam member resulting edge beams, however, results in a mechanically highly resilient, bearing area for receiving the operating forces of the cam member on the outer shaft by the widened formed area of a radial gap narrowing.
  • the spherical shape in at least one edge direction can pass into a peripheral radius, with which the bearing surface of the sliding bearing axially terminates.
  • the spherical shape may have a radial height of for example 1 pm to 15 pm, preferably from 2 pm to 10 pm and more preferably from 4 pm to 6 pm.
  • the deviation of the bearing surface of a cylindrical shape is thus extremely low and may for example be limited to the order of magnitude of the bearing clearance.
  • FIG. 1 shows an embodiment of an adjustable camshaft with a bearing surface, formed by the outside of the outer shaft, which has a spherical shape
  • FIG. 2 shows an exemplary embodiment of an adjustable camshaft with a bearing surface formed by the outer side of the outer shaft, which has a crowned shape, and the spherical shape is wider than the width of the cam element,
  • FIG. 3 shows an exemplary embodiment of an adjustable camshaft with an inner bearing surface in the shaft passage of the cam element, which has a spherical shape
  • FIG. 4 shows an exemplary embodiment of an adjustable camshaft with an inner bearing surface, formed by the shaft passage in the cam element, wherein the bearing surface has an asymmetrical spherical shape
  • Figure 5 shows an embodiment of an adjustable camshaft with a spherical inner bearing surface in the shaft passage of the cam member, wherein the bearing surface has a cylindrical portion and
  • Figure 6 shows an embodiment of an adjustable camshaft with a spherical shape in the bearing surface, formed by the shaft passage in the cam member, wherein the spherical shape is designed asymmetrically.
  • FIGS. 1 to 6 show various exemplary embodiments of adjustable camshafts 1 for the valve drive of an internal combustion engine with an outer shaft 10 and with an inner shaft 11 extending through the outer shaft 10.
  • the inner shaft 11 is rotatable in the outer shaft 10 about the longitudinal axis 15, and extending in the longitudinal axis 15 adjustable camshaft 1 is only partially shown.
  • On the section shown is located on the outside of the outer shaft 10, a camshaft member 12, and the camshaft member 12 is exemplified as a collar cam with a cam collar 16 and connected by a pin 19 rotationally fixed to the inner shaft 11. If the inner shaft 11 is rotated against the outer shaft 10, the cam element 12 likewise rotates on the outer side of the outer shaft 10.
  • a shaft passage is introduced for the passage of the outer shaft 10, and the shaft passage forms an inner bearing surface 13, which forms a sliding bearing with the bearing surface 14 on the outer side of the outer shaft 10.
  • the cam member 12 is rotatable about a predetermined angle section about the longitudinal axis 15 on the outer shaft 10.
  • the following embodiments show various bearing surfaces 13 and 14 in the shaft passage of the cam member 12 and on the outside of the outer shaft 10, wherein the bearing surfaces 13 and 14 have formed in various ways crowned shapes.
  • Figure 1 shows an embodiment of an adjustable camshaft 1 with a spherical shape of the bearing surface 14 on the outside of the outer shaft 10.
  • the spherical shape is symmetrical and has a width which corresponds approximately to the width of the cam member 12, so that the spherical shape, the width the setting point of the cam member 12 has on the outside of the outer shaft 10. Act through the contact of the cam member 12 with a tap member to the valve train of the engine forces on the cam member 12, this can perform relative to the longitudinal axis 15 a minimal tilting movement, so in the tilting movement, the bearing surface 13 in the shaft passage of the cam member 12 a rolling movement on the crowned bearing surface fourteenth on the outside of the outer shaft 10 performs.
  • the connection of the cam member 12 with the inner shaft 1 1 via the pin 19 need not be assumed to be infinitely stiff, so that slight movements can be performed by the cam member 12 despite a press connection of the cam collar 16 with the pin 19.
  • the spherical shape may be determined by a radius R, which is smaller due to the limited width of the spherical shape than in the embodiment shown below with reference to FIG.
  • the spherical shape of the bearing surface 14 with respect to the longitudinal axis 15 may also be determined by a plurality of consecutively formed radii which are mutually can be different in size.
  • the spherical shape can be formed, for example, in the manner of a polygon of several radii in the direction of the longitudinal axis 15 strung together.
  • a central radius R as shown can be larger than marginal radii, which can run out without edge and step into the cylindrical surface of the outer shaft 10.
  • Figure 2 shows another embodiment of an adjustable camshaft 1 with a spherical shape of the bearing surface 14, which has a width B, which is greater than the width of the cam member 12 according to this embodiment.
  • the radius R defining the spherical shape with a larger value be determined. Consequently, the range of the radial gap narrowing 17, resulting in an increased load capacity of the sliding bearing increases.
  • the convex shape in particular according to this exemplary embodiment, can also be formed in the manner of a polygon consisting of a plurality of radii in the direction of the longitudinal axis 15.
  • Figure 3 shows an embodiment of the adjustable camshaft 1 with a spherical shape of the inner bearing surface 13 in the shaft passage of the cam member 12.
  • the spherical shape is designed approximately symmetrical, so that under a mechanical load of the cam member 12 this can perform a tilting movement relative to the longitudinal axis 15, the starting from the center position shown in two different tilt directions can take place equally.
  • Figure 4 shows an embodiment of the adjustable camshaft 1 with a spherical contour of the bearing surface 13 in the shaft passage of the cam member 12, wherein in a modification of the embodiment of Figure 3, the spherical shape of the bearing surface 13 is asymmetrical, so that the radial gap narrowing 17 in the direction of the cam collar 16th is pronounced.
  • the cam member 12 has a cam collar 16, the crowned shape enlarging to the left with an increasing radial gap in the plane of the illustration.
  • the bearing gap between the bearing surfaces 13 and 14 opens to the left. Act forces on the cam member 12, this can perform a slight tilting movement by the bearing surface 13 rolls on the bearing surface 14.
  • FIG. 5 shows an embodiment of the adjustable camshaft 1 with a bearing surface 13 which has a cylindrical portion 18.
  • a bearing surface 13 which has a cylindrical portion 18.
  • spherical portions of the bearing surface 13 in the shaft passage of the cam member 12 close. Close this the shaft passage in radii from passing, so can be avoided by the spherical shape of the bearing surface 13 shown in a special way edge support, wherein the cylindrical portion 18 between the crowned areas allows high load capacity of the sliding bearing.
  • the crowned sections can pass over into the cylindrical section 18 without edges and edges, so that regions with a mechanical stress increase are avoided.
  • FIG. 6 shows, in a modification of the exemplary embodiment of FIG. 5, an asymmetrical configuration of a crowned shape of the bearing surface 13 in the shaft passage of the cam element 12.
  • the region of a radial gap narrowing 17 falls under the cam contour of the cam element 12 adjacent to the cam collar 16, thus representing a possible embodiment of FIG asymmetrical spherical shape of the bearing surface 13 is shown.
  • the region of the radial gap narrowing 17 can also fall under the cam collar 16 when the bearing surface 13 is configured in the shaft passage of the cam member 12 with an asymmetrical spherical shape.
  • the spherical shape shown in Figure 1 to Figure 6 in the bearing surfaces 13 and 14 is graphically exaggerated graphically, and the non-scale representation of the spherical shapes in the bearing surfaces 13 and 14 serves only to visualize the spherical shape.
  • the spherical shapes are extremely small and move with radial height deviations of the spherical shapes in the range of a few micrometers, for example 1 ⁇ to 15 ⁇

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine verstellbare Nockenwelle (1) für den Ventiltrieb einer Brennkraftmaschine mit einer Außenwelle (10) und mit einer sich durch die Außenwelle (10) erstreckenden Innenwelle (11), wobei auf der Außenwelle (10) wenigstens ein Nockenelement (12) angeordnet ist und das mit der Innenwelle (11) verdrehfest verbunden ist, und wobei das Nockenelement (12) einen Wellendurchgang mit einer innenliegenden Lagerfläche (13) aufweist, die mit einer Lagerfläche (14) auf der Außenseite der Außenwelle (10) eine Gleitlagerung zur drehbaren Anordnung des Nockenelementes (12) auf der Außenwelle (10) bildet. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass wenigstens eine der Lagerflächen (13, 14) zumindest abschnittsweise mit einer balligen Form ausgebildet ist.

Description

Verstellbare Nockenwelle
Die vorliegende Erfindung betrifft eine verstellbare Nockenwelle für den Ventiltrieb einer Brennkraftmaschine mit einer Außenwelle und mit einer sich durch die Außenwelle erstreckenden Innenwelle, wobei auf der Außenwelle wenigstens ein Nockenelement angeordnet ist und das mit der Innenwelle verdrehfest verbunden ist, und wobei das Nockenelement einen Wellendurchgang mit einer innenliegenden Lagerfläche aufweist, die mit einer Lagerfläche auf der Außenseite der Außenwelle eine Gleitlagerung zur drehbaren Anordnung des Nockenelementes auf der Außenwelle bildet.
STAND DER TECHNIK
Die DE 10 2012 103 581 A1 zeigt eine gattungsbildende verstellbare Nockenwelle mit einer Außenwelle und einer Innenwelle, und die Innenwelle erstreckt sich durch die rohrförmig ausgebildete Außenwelle und ist in dieser verdrehbar. Über einen Bolzen ist ein auf der Außenwelle drehbar aufgenommenes Nockenelement mit der Innenwelle drehfest verbunden, sodass bei einer Verdrehung der Innenwelle relativ zur Außenwelle eine Änderung der Phasenlage des Nockenelementes auf der Außenwelle erzeugt wird.
Das auf der Außenwelle verdrehbare Nockenelement bildet mit einem Wellendurchgang im Nockenelement eine Gleitlagerung auf der Außenseite der Außenwelle, und die Gleitlagerung wird über einen Spalt zwischen der Innenwelle und der Außenwelle mit Schmierstoff versorgt.
Das Nockenelement steht mit einem Abgriffselement zum Ventiltrieb in Kontakt, wodurch häufig radial unsymmetrische Krafteinwirkungen auf das Nockenelement vorherrschen. Dadurch kann es zu Verkippungen des Nockenelementes relativ zur Längsachse der Nockenwelle und zu erhöhten Belastungen in den äußeren Bereichen der Lagerflächen kommen, was zu sogenannten Kantenträgern führen kann. Diese bilden sich, wenn bei einer Verkippung des Nockenelementes auf der ansonsten zylindrischen Außenwelle nur noch der Randbereich der Lagerfläche, also beispielsweise der äußere in Längsachsenrichtung lokal begrenzte Bereich
BESTÄTIGUNGSKOPIE des Wellendurchganges oder der Randbereich der Setzstelle auf der Außenwelle, die vollen Betriebskräfte auf das Nockenelement aufnimmt. Schließlich führen derartige Kantenträger zu einem erhöhten Verschleiß und zu einer Zunahme der Reibung zwischen dem Nockenelement und der Außenwelle, und diese müssen daher vermieden werden.
Aus der DE 100 54 622 A1 ist ein Ventilbetätigungselement bekannt, und es ist ein wälzgelagerter Außenring vorgesehen, der mit der Nockenkontur eines Nockenelementes in Kontakt steht. Der Außenring ist über einen Innenring wälzgelagert, und die durch den Außenring und den Innenring gebildete Lagereinheit ist auf einem Lagerbolzen verkippbar aufgenommen. Hierfür ist der Lagerbolzen ballig ausgeführt. Durch den hinzugewonnenen Freiheitsgrad zur Ausführung einer Kippbewegung des Außenrings kann dieser im Linienkontakt mit der Nockenkontur des Nockenelementes gegen dieses geführt werden, ohne dass sich Kantenträger zwischen der Nockenkontur und dem Abgriffselement, also dem Außenring, bilden. Die Anordnung einer Wälzlagereinheit, die auf einem Lagerbolzen kippbeweglich aufgenommen ist, kann dabei jedoch zur Aufnahme eines Nockenelementes auf einer Außenwelle einer verstellbaren Nockenwelle nicht ohne weiteres umgesetzt werden.
OFFENBARUNG DER ERFINDUNG
Aufgabe der Erfindung ist die Weiterbildung einer verstellbaren Nockenwelle für den Ventiltrieb einer Brennkraftmaschine mit einer verbesserten Aufnahme eines Nockenelementes auf der Außenwelle der Nockenwelle. Insbesondere ist es die Aufgabe der Erfindung, sogenannte Kantenträger in der Gleitlagerung des Nockenelementes auf der Außenwelle zu vermeiden.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung wird gelöst durch eine verstellbare Nockenwelle gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 in Verbindung mit den kennzeichnenden Merkmalen. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
Die Erfindung schließt die technische Lehre ein, dass wenigstens eine der Lagerflächen zumindest abschnittsweise mit einer balligen Form ausgebildet ist. Durch eine ballige Form wenigstens einer der Lagerflächen wird zur Drehbeweglichkeit des Nockenelementes auf der Außenwelle um die Längsachse ein weiterer Freiheitsgrad zur Ausführung einer leichten Kippbewegung des Nockenelementes auf der Außenwelle geschaffen. Zusätzlich zur ohnehin bei Gleitlageranordnungen vorhandenen Lagerluft wird durch die ballige Form erreicht, dass der radiale Spalt über der axialen Länge der Lagerflächen auf wenigstens einer Seite nach außen hin zunimmt. Verkippt das Nockenelement leicht auf der Außenwelle, so kommt ein längerer axialer Bereich der gegeneinander abgleitenden Lagerflächen zum Tragen, wodurch die Entstehung von Kantenträgern vermieden wird. Unabhängig von der Kippbewegung des Nockenelementes kann durch die von einer Zylinderform abweichende Lagerfläche in keiner Kipprichtung, auch unter ungünstigen asymmetrischen Krafteinleitungen der Betriebskräfte auf das Nockenelement, ein nur begrenzter Bereich der Lagerfläche zum Tragen kommen.
Die erfindungsgemäße ballige Form wenigstens einer der Lagerflächen beschreibt dabei eine Form der Lagerflächen, die rotationssymmetrisch ausgebildet ist, und die eine über der axialen Länge der Lagerfläche veränderliche Lagerluft zwischen den beiden Lagerflächen erzeugt. Die ballige Form ist dabei so ausgebildet, dass die Lagerluft, also der verbleibende radiale Spalt zwischen den Lagerflächen, zu wenigstens einer Außenseite der Lagerfläche hin größer wird. Die ballige Form bildet damit erfindungsgemäß eine Abweichung von der Zylinderform in der Weise, dass sich die Oberfläche im Wellendurchgang beziehungsweise die Außenseite der Außenwelle zur jeweils gegenüberliegenden Lagerfläche unter Bildung einer radialen Spaltverengung hin auswölbt.
Im Betrieb der verstellbaren Nockenwelle kann damit das Nockenelement eine der periodischen Krafteinwirkung durch ein Abgriffselement folgende ebenfalls periodische Kippbewegung ausführen, wodurch sogar ein Pumpeffekt von Schmiermittel in den Spalt zwischen den Lagerflächen erzeugt werden kann. Dadurch kann die Schmierstoffzufuhr in den Lagerspalt zwischen den Lagerflächen verbessert werden, insbesondere wird vermieden, dass im Lagerspalt vorhandener Schmierstoff überaltert und nicht durch frischen Schmierstoff ausgetauscht wird. Die geometrische Abweichung der Form der Lagerfläche von einer zylindrischen Form ist dabei derart gering ausgeführt, dass der Kontakt der Nockenbahn des Nockenelementes zum Abgriffselement nicht negativ beeinflusst wird. Insbesondere kann sogar erreicht werden, dass das Nockenelement auf verbesserte Weise einen Linienkontakt zum Abgriffselement aufrechterhält, ohne dass auch in diesem Linienkontakt Kantenträger entstehen können. Insbesondere ist die ballige Form derart minimal ausgeführt, dass es zwischen der Lagerfläche im Wellendurchgang und der Lagerfläche auf der Außenseite der Außenwelle nicht zu Festkörperkontakt kommt, und ein tragender Schmierfilm bleibt auch bei einer verkippten Anordnung des Nockenelementes auf der Außenseite der Außenwelle erhalten.
Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform kann die Lagerfläche auf der Außenseite der Außenwelle eine ballige Form aufweisen, insbesondere wobei die ballige Form eine Breite aufweisen kann, die wenigstens der Länge der Gleitlagerung in Richtung einer Längsachse entspricht, in der sich die Nockenwelle erstreckt. Die Breite der balligen Form kann dabei der axialen Länge der Gleitlagerung entsprechen, jedoch kann auch vorgesehen sein, dass die ballige Form eine größere Breite aufweist als die axiale Länge der Gleitlagerung. Dadurch kann insbesondere erreicht werden, dass der Radius, der sich in der Lagerfläche durch die ballige Form ergibt, sehr groß ausgeführt werden kann, wodurch sich fertigungstechnische Vorteile ergeben.
Gemäß einer weiteren möglichen Ausführungsform kann die Lagerfläche im Wellendurchgang wenigstens abschnittsweise eine ballige Form aufweisen, sodass der Wellendurchgang innenseitig einen kleineren Durchmesser aufweist als randseitig. Die ballige Form kann gemäß der vorliegenden Erfindung dabei jedoch auch in beiden Lagerflächen vorgesehen sein, wodurch sich die radialen Spaltvergrößerungen in Randrichtung der Gleitlagerung durch die beiden balligen Formen addieren können.
Die ballige Form in wenigstens einer der Lagerflächen kann auf verschiedene Weise vorteilhaft ausgeführt werden. Beispielsweise kann die ballige Form in Bezug auf die Längsachse der Nockenwelle symmetrisch ausgebildet sein. Damit bildet sich eine Gleitlagerung mit gegeneinander abgleitenden Lagerflächen aus, die eine radiale Spaltverengung aufweist, die sich in Axialrichtung mittig über der Länge der Lagerflächen ergibt. Damit kann das Nockenelement in zwei gegenüberliegenden Kipprichtungen auf gleiche Weise verkippen. Beispielsweise kann der Bereich des minimalen radialen Spaltes zwischen den Lagerflächen mittig unter der Nockenbahn des Nockenelementes angeordnet sein. Das Nockenelement kann jedoch auch einen Nockenbund aufweisen, wodurch sich eine axial längere Ausgestaltung des Nockenelementes ergibt. Der Bereich der radialen Spaltverengung kann sich dabei mittig über der gesamten Länge der Lagerfläche ausbilden, die durch die axiale Länge des Nockenelementes mit dem Nockenbund bestimmt ist.
Gemäß einer weiteren Variante kann die ballige Form in der wenigstens einen Lagerfläche auch asymmetrisch ausgebildet sein. Insbesondere bei Nockenelementen mit einem Nockenbund kann die asymmetrisch ausgebildete ballige Form Anwendung finden, die sowohl in der Lagerfläche im Wellendurchgang als auch in der Außenseite der Außenwelle, nämlich an der Setzstelle zur Aufnahme des Nockenelementes, ausgebildet sein kann. Die ballige Form kann in der wenigstens einen Lagerfläche derart asymmetrisch gebildet sein, dass eine radiale Spaltverengung zwischen den Lagerflächen im Abschnitt des Nockenbundes oder bevorzugt benachbart zum Abschnitt des Nockenbundes ausgebildet ist. Die Krafteinleitung auf das Nockenelement entsteht grundsätzlich über die Nockenbahn des Nockenelementes, wodurch das Nockenelement eine leichte periodische Kippbewegung auf der Außenwelle ausführen kann. Durch die symmetrische oder asymmetrische ballige Form wenigstens einer der Lagerflächen wälzen unter Ausführung der Kippbewegung die Lagerflächen aufeinander ab, und im Endpunkt der Verkippung entstehen aufgrund der erfindungsgemäßen balligen Form keine Kantenträger.
Die ballige Form in wenigstens einer der Lagerflächen muss dabei nicht über der gesamten axialen Länge der Lagerfläche ausgebildet sein. Beispielsweise kann die wenigstens eine Lagerfläche zumindest einen zylindrischen Abschnitt aufweisen, der benachbart zu balligen Form ausgebildet ist. Auch kann vorgesehen sein, dass der zylindrische Abschnitt den Bereich der radialen Spaltverengung axial verlängert, sodass einseitig oder beidseitig zum zylindrischen Abschnitt eine ballige Form folgt, über die die Lagerfläche bis zum Rand ausläuft. Ein derartiger Konturverlauf der Lagerfläche mit einem vorzugsweise mittig angeordneten zylindrischen Abschnitt und seitlich auslaufenden balligen Formen vermeidet auf besonders vorteilhafte Weise bei einer Verkippung des Nockenelementes entstehende Kantenträger, jedoch ergibt sich ein mechanisch hoch belastbarer, tragender Bereich zur Aufnahme der Betriebskräfte des Nockenelementes auf der Außenwelle durch den verbreitert gebildeten Bereich einer radialen Spaltverengung. Die ballige Form in wenigstens einer Randrichtung kann dabei in einen randseitigen Radius übergehen, mit dem die Lagerfläche der Gleitlagerung axial abschließt.
Die ballige Form kann eine radiale Höhe von beispielsweise 1 pm bis 15 pm, bevorzugt von 2 pm bis 10 pm und besonders bevorzugt von 4 pm bis 6 pm aufweisen. Die Abweichung der Lagerfläche von einer Zylinderform ist damit äußerst gering und kann beispielsweise auf die Größenordnung der Lagerluft begrenzt sein.
BEVORZUGTE AUSFÜHRUNGSBEISPIELE DER ERFINDUNG
Weitere, die Erfindung verbessernde Maßnahmen werden nachstehend gemeinsam mit der Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Figuren näher dargestellt. Es zeigt:
Figur 1 ein Ausführungsbeispiel einer verstellbaren Nockenwelle mit einer Lagerfläche, gebildet durch die Außenseite der Außenwelle, die eine ballige Form aufweist,
Figur 2 ein Ausführungsbeispiel einer verstellbaren Nockenwelle mit einer Lagerfläche, gebildet durch die Außenseite der Außenwelle, die eine ballige Form aufweist, und die ballige Form ist breiter als die Breite des Nockenelementes,
Figur 3 ein Ausführungsbeispiel einer verstellbaren Nockenwelle mit einer innenliegenden Lagerfläche im Wellendurchgang des Nockenelementes, die eine ballige Form aufweist, Figur 4 ein Ausführungsbeispiel einer verstellbaren Nockenwelle mit einer innenliegenden Lagerfläche, gebildet durch den Wellendurchgang im Nockenelement, wobei die Lagerfläche eine asymmetrische ballige Form aufweist,
Figur 5 ein Ausführungsbeispiel einer verstellbaren Nockenwelle mit einer balligen innenliegenden Lagerfläche im Wellendurchgang des Nockenelementes, wobei die Lagerfläche einen zylindrischen Abschnitt aufweist und
Figur 6 ein Ausführungsbeispiel einer verstellbaren Nockenwelle mit einer balligen Form in der Lagerfläche, gebildet durch den Wellendurchgang im Nockenelement, wobei die ballige Form asymmetrisch ausgestaltet ist.
In Figur 1 bis Figur 6 sind verschiedene Ausführungsbeispiele von verstellbaren Nockenwellen 1 für den Ventiltrieb einer Brennkraftmaschine mit einer Außenwelle 10 und mit einer sich durch die Außenwelle 10 erstreckenden Innenwelle 11 dargestellt. Die Innenwelle 11 ist in der Außenwelle 10 um die Längsachse 15 verdrehbar, und die sich in der Längsachse 15 erstreckende verstellbare Nockenwelle 1 ist jeweils nur abschnittsweise gezeigt. Auf dem gezeigten Abschnitt befindet sich auf der Außenseite der Außenwelle 10 ein Nockenwellenelement 12, und das Nockenwellenelement 12 ist beispielhaft als Bundnocke mit einem Nockenbund 16 ausgeführt und mit einem Bolzen 19 verdrehfest mit der Innenwelle 11 verbunden. Wird die Innenwelle 11 gegen die Außenwelle 10 verdreht, so verdreht gleichermaßen das Nockenelement 12 auf der Außenseite der Außenwelle 10.
Im Nockenelement 12 ist zur Hindurchführung der Außenwelle 10 ein Wellendurchgang eingebracht, und der Wellendurchgang bildet eine innenliegende Lagerfläche 13, die mit der Lagerfläche 14 auf der Außenseite der Außenwelle 10 eine Gleitlagerung bildet. Über diese Gleitlagerung ist das Nockenelement 12 über einen vorgegebenen Winkelabschnitt um die Längsachse 15 auf der Außenwelle 10 verdrehbar. Die nachfolgenden Ausführungsbeispiele zeigen verschiedene Lagerflächen 13 und 14 im Wellendurchgang des Nockenelementes 12 und auf der Außenseite der Außenwelle 10, wobei die Lagerflächen 13 und 14 auf verschiedene Weise ausgebildete ballige Formen aufweisen.
Figur 1 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer verstellbaren Nockenwelle 1 mit einer balligen Form der Lagerfläche 14 auf der Außenseite der Außenwelle 10. Die ballige Form ist symmetrisch ausgeführt und weist eine Breite auf, die etwa der Breite des Nockenelementes 12 entspricht, sodass die ballige Form die Breite der Setzstelle des Nockenelementes 12 auf der Außenseite der Außenwelle 10 besitzt. Wirken durch den Kontakt des Nockenelementes 12 mit einem Abgriffselement zum Ventiltrieb der Brennkraftmaschine Kräfte auf das Nockenelement 12, kann dieses relativ zur Längsachse 15 eine minimale Kippbewegung ausführen, sodass bei der Kippbewegung die Lagerfläche 13 im Wellendurchgang des Nockenelementes 12 eine Abwälzbewegung auf der balligen Lagerfläche 14 auf der Außenseite der Außenwelle 10 ausführt. Die Verbindung des Nockenelementes 12 mit der Innenwelle 1 1 über den Bolzen 19 muss dabei nicht als unendlich steif angenommen werden, sodass leichte Bewegungen durch das Nockenelement 12 trotz einer Pressverbindung des Nockenbundes 16 mit dem Bolzen 19 ausgeführt werden können. Die ballige Form kann bestimmt sein durch einen Radius R, der aufgrund der begrenzten Breite der balligen Form kleiner ausfällt als im nachfolgend mit Figur 2 gezeigten Ausführungsbeispiel.
Alternativ zur Ausbildung der gezeigten balligen Form, die bestimmt ist mit einem einzigen Radius R um einen raumfesten Punkt und insbesondere bevorzugt hierzu, kann die ballige Form der Lagerfläche 14 in Bezug auf die Längsachse 15 auch durch mehrere aufeinander folgend ausgebildete Radien bestimmt sein, die zueinander unterschiedlich groß sein können. So kann die ballige Form beispielsweise auch nach Art eines Polygons aus mehreren Radien in Richtung der Längsachse 15 aneinandergereiht gebildet sein. Insbesondere kann ein mittiger Radius R gemäß der Darstellung größer sein als randseitige Radien, die kanten- und stufenfrei in die zylindrische Oberfläche der Außenwelle 10 auslaufen können. Figur 2 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel einer verstellbaren Nockenwelle 1 mit einer balligen Form der Lagerfläche 14, die eine Breite B aufweist, die gemäß diesem Ausführungsbeispiel größer ist als die Breite des Nockenelementes 12. Dadurch kann der die ballige Form definierende Radius R mit einem größeren Wert bestimmt werden. Folglich vergrößert sich auch der Bereich der radialen Spaltverengung 17, woraus sich eine erhöhte Tragfähigkeit der Gleitlagerung ergibt. Wie auch in Zusammenhang mit Figur 1 aufgeführt, kann alternativ die balligen Form insbesondere gemäß diesem Ausführungsbeispiel auch nach Art eines Polygons aus mehreren Radien in Richtung der Längsachse 15 aneinandergereiht gebildet sein.
Figur 3 zeigt ein Ausführungsbeispiel der verstellbaren Nockenwelle 1 mit einer balligen Form der innenliegenden Lagerfläche 13 im Wellendurchgang des Nockenelementes 12. Die ballige Form ist etwa symmetrisch ausgeführt, sodass bei einer mechanischen Belastung des Nockenelementes 12 dieses eine Kippbewegung relativ zur Längsachse 15 ausführen kann, die ausgehend von der dargestellten Mittelposition in zwei verschiedenen Kipprichtungen gleichermaßen stattfinden kann.
Figur 4 zeigt ein Ausführungsbeispiel der verstellbaren Nockenwelle 1 mit einer balligen Kontur der Lagerfläche 13 im Wellendurchgang des Nockenelementes 12, wobei in Abwandlung des Ausführungsbeispiels gemäß Figur 3 die ballige Form der Lagerfläche 13 asymmetrisch ausgeführt ist, sodass die radiale Spaltverengung 17 in Richtung zum Nockenbund 16 ausgeprägt ist. Das Nockenelement 12 weist einen Nockenbund 16 auf, wobei sich die ballige Form mit einem zunehmenden radialen Spalt in der Darstellungsebene nach links vergrößert. Somit öffnet sich der Lagerspalt zwischen den Lagerflächen 13 und 14 nach links gerichtet. Wirken Kräfte auf das Nockenelement 12, so kann dieses eine leichte Kippbewegung ausführen, indem die Lagerfläche 13 auf der Lagerfläche 14 abwälzt.
Figur 5 zeigt eine Ausführungsform der verstellbaren Nockenwelle 1 mit einer Lagerfläche 13, die einen zylindrischen Abschnitt 18 aufweist. Auf beiden Seiten des zylindrischen Abschnittes 18 schließen sich ballige Abschnitte der Lagerfläche 13 im Wellendurchgang des Nockenelementes 12 an. Diese schließen den Wellendurchgang in Radien übergehend ab, sodass durch die gezeigte ballige Ausgestaltung der Lagerfläche 13 auf besondere Weise Kantenträger vermieden werden können, wobei der zylindrische Abschnitt 18 zwischen den balligen Bereichen eine hohe Tragfähigkeit der Gleitlagerung ermöglicht. Die balligen Abschnitte können dabei insbesondere kanten- und stufenfrei in den zylindrischen Abschnitt 18 übergehen, sodass Bereiche mit einer mechanischen Spannungsüberhöhung vermieden werden.
Figur 6 zeigt in Abwandlung des Ausführungsbeispiels aus Figur 5 eine asymmetrische Ausgestaltung einer balligen Form der Lagerfläche 13 im Wellendurchgang des Nockenelementes 12. Der Bereich einer dargestellten radialen Spaltverengung 17 fällt dabei unter die Nockenkontur des Nockenelementes 12 benachbart zum Nockenbund 16, womit ein mögliches Ausführungsbeispiel einer asymmetrischen balligen Form der Lagerfläche 13 aufgezeigt ist. Der Bereich der radialen Spaltverengung 17 kann dabei auch unter den Nockenbund 16 fallen, wenn die Lagerfläche 13 im Wellendurchgang des Nockenelementes 12 mit einer asymmetrischen balligen Form ausgestaltet ist.
Die in Figur 1 bis Figur 6 dargestellte ballige Form in den Lagerflächen 13 und 14 ist grafisch stark übertrieben dargestellt, und die nicht maßstäbliche Darstellung der balligen Formen in den Lagerflächen 13 und 14 dient lediglich der Visualisierung der balligen Form. Tatsächlich sind die balligen Formen äußerst gering und bewegen sich mit radialen Höhenabweichungen der balligen Formen im Bereich von wenigen Mikrometern, beispielsweise 1 μιτι bis 15 μητ
Die Erfindung beschränkt sich in ihrer Ausführung nicht auf das vorstehend angegebene bevorzugte Ausführungsbeispiel. Vielmehr ist eine Anzahl von Varianten denkbar, welche von der dargestellten Lösung auch bei grundsätzlich anders gearteten Ausführungen Gebrauch macht. Sämtliche aus den Ansprüchen, der Beschreibung oder den Zeichnungen hervorgehenden Merkmale und/oder Vorteile, einschließlich konstruktiver Einzelheiten und/oder räumlicher Anordnungen, können sowohl für sich als auch in den verschiedensten Kombinationen erfindungswesentlich sein. Bezugszei che nl iste
I verstellbare Nockenwelle
10 Außenwelle
I I Innenwelle
12 Nockenelement
13 Lagerfläche
14 Lagerfläche
15 Längsachse
16 Nockenbund
17 radiale Spaltverengung
18 zylindrischer Abschnitt
19 Bolzen
B Breite der balligen Form
R Radius

Claims

P a t e n t a n s p r ü c h e
1. Verstellbare Nockenwelle (1 ) für den Ventiltrieb einer Brennkraftmaschine mit einer Außenwelle (10) und mit einer sich durch die Außenwelle (10) erstreckenden Innenwelle (11 ), wobei auf der Außenwelle (10) wenigstens ein Nockenelement (12) angeordnet ist und das mit der Innenwelle (11 ) verdrehfest verbunden ist, und wobei das Nockenelement (12) einen Wellendurchgang mit einer innenliegenden Lagerfläche (13) aufweist, die mit einer Lagerfläche (14) auf der Außenseite der Außenwelle (10) eine Gleitlagerung zur drehbaren Anordnung des Nockenelementes (12) auf der Außenwelle (10) bildet,
dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine der Lagerflächen (13, 14) zumindest abschnittsweise mit einer balligen Form ausgebildet ist.
2. Verstellbare Nockenwelle (1 ) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Lagerfläche (14) auf der Außenseite der Außenwelle (10) eine ballige Form aufweist, insbesondere wobei die ballige Form eine Breite (B) aufweist, die wenigstens der Länge der Gleitlagerung in Richtung einer Längsachse (15) entspricht, in der sich die Nockenwelle (1 ) erstreckt.
3. Verstellbare Nockenwelle (1 ) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Lagerfläche (13) im Wellendurchgang wenigstens abschnittsweise eine ballige Form aufweist, sodass der Wellendurchgang innseitig einen kleineren Durchmesser aufweist als randseitig.
4. Verstellbare Nockenwelle (1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die ballige Form der wenigstens einen Lagerfläche (13, 14) in Bezug auf die Längsachse (15) symmetrisch ausgebildet ist.
5. Verstellbare Nockenwelle (1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die ballige Form der wenigstens einen Lagerfläche (13, 14) asymmetrisch ausgebildet ist.
6. Verstellbare Nockenwelle (1 ) nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Nockenelement (12) mit einem Nockenbund (16) ausgebildet ist, wobei die ballige Form in der wenigstens einen Lagerfläche (13, 14) derart asymmetrisch gebildet ist, dass eine radiale Spaltverengung (17) zwischen den Lagerflächen (13, 14) im Abschnitt des oder bevorzugt benachbart zum Abschnitt des Nockenbundes (16) ausgebildet ist.
7. Verstellbare Nockenwelle (1 ) nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine Lagerfläche (13, 14) zumindest einen zylindrischen Abschnitt (18) aufweist, der benachbart zur balligen Form ausgebildet ist.
8. Verstellbare Nockenwelle (1 ) nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die ballige Form eine radiale Höhe von 1 μιτι bis 15μιτι, bevorzugt von 2 μηι bis 10μιη und besonders bevorzugt von μιη bis θμιτι aufweist.
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