CH694812A5

CH694812A5 - Nockenwellenanordnung mit zwei gegeneinander verstellbaren Nockenwellen

Info

Publication number: CH694812A5
Application number: CH01614/00A
Authority: CH
Inventors: Karl Merz
Original assignee: Karl Merz
Priority date: 2000-08-18
Filing date: 2000-08-18
Publication date: 2005-07-29

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Nockenwellenanordnung mit einer inneren Nockenwelle und einer zu dieser koaxialen äusseren Nockenwelle, wobei die beiden Nockenwellen miteinander drehbar, bezüglich ihrer relativen Drehstellung gegeneinander jedoch um einen gewissen Winkel verstellbar und so angeordnet sind, dass wenigstens eine Nocke der äusseren Nockenwelle in Axialrichtung zwischen zwei Nocken der inneren Nockenwelle angeordnet ist.

Nockenwellenanordnungen mit zwei gegeneinander verstellbaren Nockenwellen können mit Vorteil in Verbrennungsmaschinen eingesetzt werden, wobei mit der einen Nockenwelle z.B. die Einlassventile und mit der anderen Nockenwelle die Auslassventile gesteuert werden. Durch die Verstellbarkeit der beiden Nockenwellen gegeneinander lässt sich der Phasenwinkel zwischen dem Öffnen der beiden genannten Ventilgruppen variieren und dadurch dynamisch der jeweiligen Lastsituation anpassen. Stand der Technik

Verstellbare Nockenwellenordnungen sind bereits in grosser Anzahl vorgeschlagen worden.

So ist eine Nockenwellenanordnung der eingangs genannten Art beispielsweise bereits aus der US-A-4 771 742 bekannt. Bei dieser sind in der äusseren Nockenwelle schlitzartige Öffnungen vorgesehen, durch welche die Nocken der inneren Nockenwelle nur mit ihrem exzentrischen Teil nach aussen vorstehen. Im Übrigen verläuft die Mantelfläche dieser Nocken jedoch innerhalb der äusseren Nockenwelle, welche die Nocken der inneren Welle in diesem Bereich übergreift. Die Mantelfläche der Nocken der inneren Welle steht insofern nur teilweise als -Ablauffläche für die Kipphebel zur Verfügung. Die Kipphebel laufen im Übrigen auf Ablaufflächen der äusseren Nockenwelle oder daran vorgesehenen No-ckenteilen ab. Im Übergangsbereich der verschiedenen Ablaufflächen ergeben sich nachteilige, je nach Verstellwinkel mehr oder weniger breite Spalte.

Die US 5 441 021 beschreibt eine Nockenwellen-anordnung mit nur einer Welle, auf welcher Nocken jeweils über eine Art Kulissenführung befestigt sind. Durch Verschieben der Welle gegenüber den axial festgelegten Nocken lässt sich deren Drehstellung variieren.

Aus der US-A-1 527 456 sind Nockenwellenanordnung bekannt, bei welchen jeweils zwei gegeneinander verstellbare Nocken gemeinsam auf denselben Kipphebel einwirken und sich in ihrer Wirkung jeweils ergänzen.

Die US-A-4 895 045 beschreibt eine Anordnung, bei welcher mehrere Nocken drehbar auf einer gemeinsamen Welle befestigt, in ihrer relativen Drehstellung zueinander auf der Welle allerdings durch eine aufwendige Mechanik fixierbar sind.

Aus der US-A-6 044 816 ist schliesslich eine Nockenwellenanordnung mit zwei Nockenwellen bekannt, welche bezüglich ihrer relativen Drehstellung ebenfalls einstellbar, jedoch parallel zueinander angeordnet sind. Diese Anordnung benötigt viel Platz im Motor. Andererseits steht hierdurch bei sämtlichen Nocken beider Nockenwellen jeweils die volle Mantelfläche als Ablauffläche für die Kipphebel zur Verfügung. Darstellung der Erfindung

Es ist eine Aufgabe der Erfindung, eine platzsparende Nockenwellenanordnung der eingangs genannten Art anzugeben, bei welcher die volle Mantelfläche jedoch auch der Nocken der inneren Nockenwelle als Ablauffläche für die Kipphebel zur Verfügung steht. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass die äussere Nockenwelle aus mehreren Abschnitten aufgebaut ist und dass Kopplungsmittel zur Drehkopplung dieser Abschnitte vorgesehen sind, welche die Ablauffläche mindestens einer Nocke der inneren Nockenwelle durch eine Öffnung in dieser Nocke hindurch untergreifen.

Die erfindungsgemässe Ausbildung ist als solche einfach und auch rationell herstellbar, insbesondere wenn gemäss einer bevorzugten Ausführungsform aus einem Blechstreifen zusammengebogene Nocken verwendet werden und/oder diese schweisstechnisch auf der oder den Welle/n befestigt werden.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform umschliesst die genannte mindestens eine Nocke der inneren Nockenwelle diese teilweise mit Abstand unter Ausbildung eines Hohlraumes und sind die Kopplungsmittel durch diesen Hohlraum als Öffnung durchgeführt. Bei Verwendung von aus einem Blechstreifen zusammengebogenen und schweisstechnisch befestigten Nocken ergibt sich dieser Hohlraum ohne besondere Massnahmen von selbst.

Weitere bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen sowie der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen. Kurze Erläuterung der Figuren

Es zeigen: Fig. 1 einen Längsabschnitt einer Nockenwellen-anordnung nach der Erfindung im Schnitt (A-A in Fig. 2); Fig. 2 die Nockenwellenanordnung von Fig. 1 in einer Ansicht von oben, Fig. 3 die Nockenwellenanordnung von Fig. 1 in perspektivischer Darstellung, wobei jedoch ein Abschnitt der äusseren Nockenwelle weggelassen ist; Fig. 4 einen Längsabschnitt einer Nockenwellen-anordnung gemäss einer weiteren Ausführungsform der Erfindung im Schnitt (entsprechend Fig. 1); Fig. 5 unter a) eine aus einem Blechstreifen gebogene Nocke in einer Stirnansicht auf einer Welle und unter b) den noch ungebogenen Blechstreifen; und Fig. 6 in einer geschnittenen Teildarstellung eine schweisstechnisch auf einer Welle fixierte Nocke. Wege zur Ausführung der Erfindung

Der in Fig. 1 dargestellte Längsabschnitt einer Nockenwellenanordnung nach der Erfindung umfasst eine durchgehende und vorzugsweise sogar einstückige innere Nockenwelle 1 mit mehreren darauf insbesondere schweisstechnisch befestigten Nocken 2.1, 2.2 und 2.3. Die innere Nockenwelle weist einen kreiszylindrischen Aussenquerschnitt auf.

Die Nocken 2.1.-2.3 der inneren Nockenwelle 1 umschliessen diese in unmittelbarer Anlage jeweils nur teilweise und stehen unter Ausbildung eines Hohlraums in ihrem exzentrischen Bereich im Übrigen von der Welle ab. Dieser Hohlraum ist bei der Nocke 2.1 zu erkennen und mit 2.2.1 bezeichnet. Die Form der Nocke sowie des Hohlraums ist auch anhand von Fig. 5 ersichtlich, auf welche weiter unten noch eingegangen wird.

Auf der inneren Nockenwelle 1 und koaxial mit dieser sind mehrere Abschnitte 4.1-4.4 einer äusseren Nockenwelle 3 drehbar angeordnet. Auf den Abschnitten 4.2-4.4 sind Nocken 5.2, 5.3 und 5.4 erkennbar, die insbesondere auch wieder schweiss-techisch befestigt sein können.

Die Darstellung von Fig. 1 ist so zu verstehen, dass ausser den dargestellten Abschnitten 4.1-4.-4 der äusseren Welle noch weitere solche Abschnitte mit oder ohne Nocken vorhanden sein können. Auch können noch mehr Nocken auf der inneren und/oder der äusseren Nockenwelle vorgesehen sein.

Wie in Fig. 1 erkennbar sind zumindest die Abschnitte 4.2 und 4.3 der äusseren Nockenwelle 3 jeweils zwischen zwei Nocken der inneren Nockenwelle angeordnet. Es sind dies die Nocken 2.1 und 2.2 einerseits und 2.2 und 2.3 andererseits. Um diese innenliegenden Abschnitte 4.2 und 4.3 untereinander und insbesondere mit den weiter aussen liegenden Abschnitten 4.1 und 4.2 zu der Nockenwelle 3 zu verbinden, sind Kopplungsmittel zwischen den einzelnen Abschnitten vorgesehen. Als Kopplungsmittel sind im Beispiel von Fig. 1 jeweils an den einzelnen Abschnitten stirnseitig angeformte Zapfen verwendet, die durch die erwähnten Öffnungen entsprechend dem Hohlraum 2.2.1 in den Nocken der inneren Nockenwelle mit etwas seitlichem Spiel hindurchgreifen und von einer entsprechenden Ausnehmung in den angrenzenden Abschnitten aufgenommen werden.

Ein solcher Zapfen ist in Fig. 1 im Bereich der Nocke 2.2 am Abschnitt 4.3 angeformt und entsprechend mit 4.3.1 bezeichnet.

Besser erkennbar ist diese Art der Kopplung der einzelnen Abschnitte in Fig. 2 oder 3, wobei in Fig. 2 der Abschnitt 4.2 nach links versetzt dargestellt ist, um die in ihm vorhandene Ausnehmung 4.2.1 sowie auch die innere Nockenwelle 1 sichtbar zu machen. Abschnitt 4.1 ist in Fig. 2 nicht dargestellt und Fig. 3 zeigt überhaupt nur Abschnitt 4.3. Der Zapfen 4.3.1 kann mit dem Abschnitt 4.2, in den er eingreift, schweisstechnisch, insbesondere durch Laser- oder Elektronenstrahl-Schweissen, verbunden sein.

Als Zapfen könnten auch extra Teile verwendet werden und dann entsprechend beidseitig in miteinander zu koppelnde Abschnitte der äusseren Nockenwelle eingreifen und ggf. mit diesen verschweisst sein.

Die entsprechende Kopplung zwischen den übrigen Abschnitten wie z.B. zwischen den Abschnitten 4.3 und 4.4 ist in den Fig. 1 und 2 nicht sichtbar, weil diese wegen den unterschiedlichen Drehstellungen der Nocken aus der Zeichenebene herausgedreht sind.

Bedingt durch das erwähnte seitliche Spiel, mit dem der Zapfen 4.3.1 sowie auch alle anderen entsprechenden Zapfen durch die Nocke/n der inneren Nockenwelle 1 durchgeführt sind, können die relative Drehstellung der inneren 1 gegenüber der äusseren Nockenwelle 3 verändert werden. Ein Verstellwinkel alpha im Bereich von nur wenigen Grad, ggf. sogar nur von etwa einem Grad, ist für den gewünschten Einsatzzweck in der Regel bereits ausreichend.

Fig. 4 zeigt in einer Darstellung gemäss Fig. 1 eine alternative Art der Kopplung zweier Abschnitte der äusseren Nockenwelle 3, wobei im Inneren der hohlzylindrischen Nockenwelle 1 ein Wellenstück 6 angeordnet ist, welches die Nocke 2.2 durchgreift und mit den Abschnitten 4.2 und 4.3, mit Spiel durch die innere Nockenwelle 1, bei 6.1 und 6.2 jeweils verstiftet ist. Entsprechend verstiftete Wellenstücke können auch im Übergangsbereich zwischen den übrigen Abschnitten der äusseren Nockenwelle verwendet sein, wobei es selbstverständlich aber auch möglich ist, alle Abschnitte über ein gemeinsames Wellenstück zu koppeln.

Bei beiden dargestellten Kopplungsarten untergreifen die Kopplungsmittel der Abschnitte der äusseren Nockenwelle jeweils die Mantelfläche der Nocken der inneren Nockenwelle durch eine Öffnung in diesen Nocken hindurch, wodurch jeweils die volle Mantelfläche der Nocken als Ablauffläche für die Kipphebel zur Verfügung steht. Die Mantel- bzw. Ablauffläche der Nocke 2.2 ist beispielsweise mit 2.2.2 bezeichnet.

Die Abschnitte 4.2 und 4.3 sind in den beschriebenen Beispielen auch so zwischen die Nocken 2.1- 2.3 der inneren Nockenwelle 1 eingefügt, dass sie sich in Axialrichtung nicht verschieben können. Ein axialer Spalt zwischen den Abschnitten der äusseren Nockenwelle und den Nocken der inneren Nockenwelle wäre jedoch auch möglich, sofern die beiden Nockenwellen durch andere Mittel in ihrer axialen Lage relativ zueinander festgelegt sind.

Die äussere Nockenwelle kann auf der inneren Nockenwelle unmittelbar ablaufen, wobei mit Vorteil eine Ölschmierung vorgesehen sein kann.

Mit Bezug auf die Fig. 5 und 6 werden nunmehr noch bevorzugte Ausführungsformen für die Nocken zumindest der inneren Nockenwelle 1 sowie eine bevorzugte Befestigungstechnik für diese Nocken beschrieben. Entsprechend ausgebildete und befestigte Nocken werden allerdings bevorzugt auch für die äussere Nockenwelle 3 verwendet.

In Fig. 5 ist unter a) mit 7 eine Nocke bezeichnet, die auf einer hohlzylindrischen Welle 8 befestigt ist. Es kann sich hierbei z.B. um die innere Nockenwelle und eine der darauf befestigten Nocken gemäss den vorbeschriebenen Beispielen handeln. Die Nocke 7 weist einen ersten Abschnitt 7.1 auf, entlang von welchem sie in Anlage an der Welle 8 ist und diese teilweise umschliesst und einen zweiten Abschnitt 7.2, der von der Welle 8 absteht und einen Hohlraum 9 umschliesst. Der Hohlraum 9 kann, wie vorstehend beschrieben, als Öffnung zur Kopplung der Abschnitte der äusseren Nockenwelle verwendet werden und hat den weiteren Vorteil, dass er die Nocke leichter macht und ihr Trägheitsmoment reduziert. Dadurch verringert sich auch das Gewicht der gesamten Nockenwelle sowie ihr Drehwiderstand.

Die Nocke 7 ist aus einem Blechstreifen durch Zusammenbiegen seiner Enden herstellbar. Einen solchen Blechstreifen 10 zeigt Fig. 5 unter b), wobei der Blechstreifen 10 hier noch gerade und ungebogen ist. Die Biegerichtung des Blechstreifens ist mit Pfeilen angegeben.

Vorzugsweise wird der Blechstreifen 10 so gebogen, dass seine Enden nach dem Biegen einen stumpfen Stoss 11 bilden und seine Endflächen flächig aneinander stossen. Hierzu kann es vorteilhaft sein, die Enden vor dem Biegen abzuschrägen, wie dies in Fig. 5 b) ebenfalls dargestellt ist. Der Stoss kann, insbesondere durch Widerstandsschweissen, geschlossen werden.

Der Blechstreifen 10 kann einfach von einem Endlosmaterial abgelängt werden. Die Dicke des Blechstreifens beträgt z.B. zwischen 5-15 mm. Er könnte über seine Länge eine einheitliche, aber auch eine variable Dicke aufweisen, so dass z.B. der Abschnitt 7.1 der Nocke 7 dicker als ihr Abschnitt 7.2 ist, oder umgekehrt.

Die so hergestellte Nocke 7 wird bevorzugt schweisstechnisch auf der Welle 8 befestigt, insbesondere unter Einsatz von Laser- oder Elektronenschweisstechnik, mit besonderem Vorteil aber durch Widerstands-Schweissen.

In Fig. 5 ist eine Nocke 7 auf einer Welle 8 dargestellt, wobei die Nocke 7 speziell vorteilhaft für eine schweisstechnische Befestigung mit einem Laser- oder Elektronenstrahl ausgebildet ist. Die Nocke 7 weist dazu Fussleisten 12 auf, die durch Rillen 13 an ihren Seitenflächen ausgeformt sind. Entlang dieser Fussleisten 12 und durch diese hindurch kann die Nocke schräg von oben mit einem Laser- oder Elektronenstrahl 14 mit der Welle 2 verschweisst werden, wobei dies in Fig. 6 nur auf einer Nockenseite dargestellt ist. Durch das Vorhandensein der Fussleisten 12 ergibt sich eine Schweissnaht (Schweisskegel) 15 mit einem praktisch optimalen Schweissquerschnitt, dessen Breite der Breite der Fussleiste 12 etwa entspricht und dadurch eine ausserordentlich gute, hoch belastbare und dauerhafte Verbindung zwischen der Nocke 7 und der Welle 8 garantiert.

Die Fussleisten 12 können mit Vorteil umformtechnisch bereits an dem noch ungebogenen Blechstreifen 10 oder auch an der bereits zusammengebogenen Nocke hergestellt werden. Bezeichnungsliste

1 innere Nockenwelle

2.1-2.3 Nocken der inneren Nockenwelle

2.2.1 Öffnung in der Nocke 2.2

2.2.2 Mantel- bzw. Ablauffläche der Nocke 2.2

3 äussere Nockenwelle

4.1-4.4 Abschnitte der äusseren Nockenwelle

5.1-5.4 Nocken der äusseren Nockenwelle

6 Wellenstück

6.1, 6.2 Stifte

7 auf einem Blechstreifen gebogene Nocke

7.1 erster Abschnitt der Nocke 7

7.2 zweiter Abschnitt der Nocke 7

8 Welle

9 Hohlraum

10 ungebogener Blechstreifen

11 Stoss an der Nocke 7

12 Fussleisten

13 Rillen

14 Schweissstrahl

15 Schweissquerschnitt

alpha Verstellwinkel

Claims

1. Nockenwellenanordnung mit einer inneren Nockenwelle (1) und einer zu dieser koaxialen äusseren Nockenwelle (3), wobei die beiden Nockenwellen (1, 3) miteinander drehbar, bezüglich ihrer relativen Drehstellung gegeneinander jedoch um einen gewissen Winkel ( alpha ) verstellbar und so angeordnet sind, dass wenigstens eine Nocke (5.3) der äusseren Nockenwelle (3) in Axialrichtung zwischen zwei Nocken (2.2,

2.3) der inneren Nockenwelle (1) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die äussere Nockenwelle (3) aus mehreren Abschnitten (4.1.-4.4) aufgebaut ist und dass Kopplungsmittel (4.3.1, 6, 6.1, 6.2) zur Drehkopplung dieser Abschnitte vorgesehen sind, welche die Ablauffläche (2.2.2) mindestens einer Nocke (2.2) der inneren Nockenwelle (1) durch eine Öffnung (2.2.1) in dieser Nocke hindurch untergreifen. 2.

Nockenwellenanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die genannte mindestens eine Nocke (2.2) der inneren Nockenwelle (1) diese teilweise mit Abstand unter Ausbildung eines Hohlraumes (2.2.1) umschliesst und dass die Kopplungsmittel (4.3.1) durch diesen Hohlraum als Öffnung durchgeführt sind.

3. Nockenwellenanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Kopplungsmittel einen Zapfen (4.3.1) umfassen, welcher den genannten Hohlraum (2.2.1) durchgreift.

4. Nockenwellenanordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Zapfen (4.3.1) an einem der zu koppelnden Abschnitte (4.3) angeformt ist und/oder mit einem (4.2) oder beiden Abschnitten (4.2, 4.3) verschweisst ist.

5.

Nockenwellenanordnung nach einem der Ansprüche 1-4, dadurch gekennzeichnet, dass die innere Nockenwelle (1) als Hohlwelle ausgebildet ist, dass in dieser Hohlwelle als Teil der Kopplungsmittel eine weitere Welle (6) angeordnet ist und dass die miteinander zu koppelnden Abschnitte (4.2, 4.3) der äusseren Nockenwelle (3) mit dieser weiteren Welle (6) durch die innere Nockenwelle (1) mit Spiel hindurch drehfest verbunden sind.

6. Nockenwellenanordnung nach einem der Ansprüche 1-5, dadurch gekennzeichnet, dass die innere Nockenwelle (1) in Axialrichtung durchgängig, insbesondere jedoch einstückig ausgebildet ist.

7.

Nockenwellenanordnung nach einem der Ansprüche 1-6, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens einer der Abschnitte (4.2, 4.3) der äusseren Nockenwelle (3) bezüglich seiner axialen Länge zwischen zwei Nocken (2.1, 2.2; 2.2, 2.3) der inneren Nockenwelle (1) eingepasst und dadurch in seiner axialen Position festgelegt ist.

8. Nockenwellenanordnung nach einem der Ansprüche 1-7, dadurch gekennzeichnet, dass die genannte mindestens eine Nocke (2.2, 7) der inneren Nockenwelle (1, 8) aus einem länglichen, ggf. vorgeformten Blechstreifen (10) durch Zusammenbiegen seiner Enden herstellt ist.

9. Nockenwellenanordnung einem der Ansprüche 1-8, dadurch gekennzeichnet, dass die genannte mindestens eine Nocke (2.2, 7) der inneren Nockenwelle (1, 8) schweisstechnisch auf der inneren Welle befestigt ist.

10.

Nockenwellenwellenanordnung nach einem der Ansprüche 1-9, dadurch gekennzeichnet, dass die genannte mindestens eine Nocke (2.2, 7) der inneren Nockenwelle (1, 8) zumindest einseitig mit einer Fussleiste (12) versehen ist und dass sie entlang dieser Fussleiste (12) und durch diese hindurch mit der inneren Welle (1, 8) verschweisst ist.