DE102007017094A1

DE102007017094A1 - Nocken für eine Nocken- oder Steuerwelle

Info

Publication number: DE102007017094A1
Application number: DE200710017094
Authority: DE
Inventors: Mario Prokop
Original assignee: Mahle International GmbH
Current assignee: Mahle International GmbH
Priority date: 2007-04-10
Filing date: 2007-04-10
Publication date: 2008-10-16
Also published as: WO2008122653A1

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Nocken (1) für eine Nocken- oder Steuerwelle (2) eines Verbrennungsmotors, mit einem einen kontinuierlichen Außendurchmesser aufweisenden Grundkreis (3) und einem einen diskontinuierlichen Außendurchmesser aufweisenden Gipfelkreis (4), wobei beide zusammen eine zusammenhängende außen liegende Abgriffsfläche (6) bilden, an welcher im Betrieb des Verbrennungsmotors ein Nockenfolger anliegt. Erfindungswesentlich ist dabei, dass die außen liegende Abgriffsfläche (6') zumindest in einem Teilbereich des Gipfelkreises (4) breiter ist als im Bereich des Grundkreises (3).

Description

Die Erfindung betrifft einen Nocken für eine Nocken- oder Steuerwelle eines Verbrennungsmotors mit einem Grundkreis und einem Gipfelkreis, welche eine zusammenhängende außenliegende Abgriffsfläche bilden gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Die Erfindung betrifft außerdem eine mit zumindest einem derartigen Nocken besetzte Nocken- oder Steuerwelle.
Gattungsgemäße Nocken werden beispielsweise auf Nockenwellen in Verbrennungsmotoren verwendet, um die Ein- und Auslassventile der Zylinder zu betätigen. Die Nocken wandeln dabei die Drehbewegung der Nockenwelle in eine Längsbewegung um, welche üblicherweise einem Ventilhub entspricht. Bekannt sind dabei Nocken, welche als Vollprofile ausgebildet sind und dadurch ein nicht unerhebliches Gewicht aufweisen. Besonders im modernen Motorenbau, wird dabei ständig nach Möglichkeiten gesucht, Gewicht einzusparen.
Aus der DE 102 19 195 C1 ist ein einstückig ausgebildeter Nocken für eine gebaute Nocken- oder Steuerwelle bekannt, welcher einen T-förmigen Querschnitt mit einem sich zum Zentrum erstreckenden schmalen Steg und einem umlaufenden, beidseitig etwa gleich weit überstehenden Kranz mit etwa gleich bleibendem Querschnitt aufweist. Hierdurch wird das Gewicht der Nocken und dadurch das Gewicht der mit den Nocken ausgestatteten Nockenwelle reduziert.
Aus der DE 37 38 809 C2 ist ein Einzelnocken für eine gebaute Nockenwelle bekannt, welcher im Bereich seines Gipfelkreises Ausnehmungen zur Gewichtsreduzierung aufweist.
Schließlich ist aus der DE 41 32 802 A1 eine Guss-Nockenwelle mit Nocken bekannt, die durch einen Ring gebildet sind, der über einen im Verhältnis zur Nockenbreite schmalen Steg mit der Nockenwelle verbunden ist. Auch hierdurch kann eine Gewichtsreduzierung erreicht werden.
Die Erfindung beschäftigt sich mit dem Problem, einen gattungsgemäßen Nocken dahingehend zu verbessern, dass er ein im Vergleich zu aus dem Stand der Technik bekannten Nocken geringeres Gewicht aufweist.
Dieses Problem wird erfindungsgemäß durch den Gegenstand des unabhängigen Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausführungen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Die Erfindung beruht auf dem allgemeinen Gedanken, einen Nocken ausschließlich in zumindest einem Teilbereich einer Abgriffsfläche seines Gipfelkreises breiter als in den übrigen Bereichen, insbesondere im Grundkreis, auszubilden. Der erfindungsgemäße Nocken weist dabei in üblicher Weise einen, einen kontinuierlichen Außendurchmesser aufweisenden Grundkreis sowie einen, einen diskontinuierlichen Außendurchmesser aufweisenden Gipfelkreis auf. Beide zusammen bilden eine durchgehende außenliegenden Abgriffsfläche, an welcher – sofern der Nocken an einer Nocken- oder Steuerwelle eines Verbrennungsmotors angeordnet ist. – ein Nockenfolger anliegen kann. Diese außenliegende Abgriffsfläche ist dabei erfindungsgemäß zumindest in einem Teilbereich des Gipfelkreises breiter als im Bereich des Grundkreises, wodurch insbesondere im Bereich des Grundkreises Material und damit Gewicht eingespart werden können. Da der Nocken üblicherweise in seinem Grundkreis keiner oder lediglich einer geringen Belastung ausgesetzt ist, ist es möglich, die Abgriffsfläche hier schmäler und damit schwächer auszubilden. Im Bereich seines Gipfelkreises betätigt der Nocken beispielsweise ein Ventil des Verbrennungsmotors, wodurch die Belastung höher ist und dadurch unter Umständen eine steifere Ausbildung der Abgriffsfläche erforderlich ist. Durch die erfindungsgemäße Konzeption ist der Nocken gewichtsoptimierend an einen auftretenden Belastungsverlauf während des Betriebes des Verbrennungsmotors angepasst, so dass er einerseits alle üblicherweise auftretenden Belastungen problemlos aufnehmen kann und andererseits durch seine schmälere Ausbildung des Grundkreises zu einer Gewichtsreduzierung der Nocken und damit der Nockenwelle beziehungsweise des Verbrennungsmotors beiträgt. Ist der Verbrennungsmotor in einem Kraftfahrzeug eingebaut, so ist eine Gewichtsreduzierung üblicherweise auch mit einer Reduzierung des Kraftstoffverbrauches verbunden, was heutzutage von großem Vorteil ist.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung des erfindungsgemäßen Nockens ist dieser entweder einstückig ausgebildet oder trägt zumindest in einem Teilbereich des Gipfelkreises einen die außenliegende Abgriffsfläche verbreiternden Kranz. Bei einer einstückigen Ausbildung kann der erfindungsgemäße Nocken in wenigen Arbeitsschritten, beispielsweise mittels eines Schmiedevorganges, hergestellt werden. Demgegenüber weist ein Nocken, welcher zumindest in einem Teilbereich des Gipfelkreises einen die außenliegende Abgriffsfläche vergrößernden Kranz trägt den Vorteil, dass dieser Kranz aus einem besonders verschleißfesten Material, beispielsweise aus gehärtetem Metall, besteht, wodurch die Lebensdauer des erfindungsgemäßen Nockens verlängert werden kann. Eine Verbindung zwischen dem Kranz und dem Nocken kann dabei mittels üblicher Verbindungsverfahren, wie beispielsweise Schweißen, hergestellt werden.
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
1a, b eine Ansicht beziehungsweise eine Schnittdarstellung durch einen erfindungsgemäßen Nocken,
2a, b eine Darstellung wie in den 1a, b bei einer anderen Ausführungsform, wobei gemäß der 2b eine mögliche Steuer- oder Nockenwelle nicht gezeigt ist.
Entsprechend 1a weist ein erfindungsgemäßer Nocken 1 für eine Nocken- oder Steuerwelle 2 (vgl. 1b) eines Verbrennungsmotors einen, einen kontinuierlichen Außendurchmesser aufweisenden Grundkreis 3 sowie einen, einen diskontinuierlichen Außendurchmesser aufweisenden Gipfelkreis 4 auf. Die Nocken- oder Steuerwelle 2 dreht sich dabei um deren Nockenwellenachse 5, welche gemäß 1a senkrecht zur Bildebene verläuft. Der Grundkreis 3 liegt bei den erfindungsgemäßen Nocken 1 gemäß den 1 und 2 dabei im wesentlichen unterhalb der Nocken-/Steuerwellenachse 5, während der Gipfelkreis 4 darüber liegt. Die Betätigung eines nicht gezeigten Nockenfolgers beziehungsweise des damit verbundenen Ventils eines Verbrennungsmotors erfolgt dabei im wesentlichen ausschließlich, sofern der Nockenfolger mit dem Gipfelkreis 4 in Kontakt steht. Aus diesem Grund sind die für den Nocken 1 auftretenden Belastungen im Gipfelkreis 4 höher als im Grundkreis 3.
Um einerseits der im Gipfelkreis 4 auftretenden höheren Belastungen Rechnung tragen zu können und andererseits den Nocken möglichst leicht ausbilden zu können, ist eine durch den Grundkreis 3 und den Gipfelkreis 4 zusammenhängende außen liegende Abgriffsfläche 6 zumindest in einem Teilbereich 6' des Gipfelkreises 4 breiter als die außen liegende Abgriffsfläche 6'' im Bereich des Grundkreises 3. Dies ist auch aus den 1 und 2, insbesondere aus den 1b und 2b deutlich zu erkennen. Gemäß 1b weist der Nocken 1 im Bereich seines Gipfelkreises 4 einen T-förmigen Querschnitt auf, während er im Bereich seines Grundkreises 3 einen rechteckförmigen Querschnitt aufweist, welcher vorzugsweise der Querschnittsfläche des zum T-förmigen Querschnitt des Gipfelkreises 4 gehörenden Steges 7 des „T" entspricht. Die Verbreiterung der Abgriffsfläche 6' im Bereich des Gipfelkreises 4 erfolgt gemäß den 1 und 2 somit über einen Flansch 8. Der Flansch 8 steht dabei vorzugsweise mit gleichem Abstand beidseitig über den Steg 7 über.
Erfindungsgemäß kann der Nocken 1 wie in den 1b und 2b gezeigt, einstückig ausgebildet sein und dadurch technisch einfach und kostengünstig herstellbar sein. Gemäß einer weiteren, nicht gezeigten Ausführungsform kann der Flansch 8 jedoch auch als separates Bauteil ausgebildet sein, welches nachträglich mit dem Nocken 1 verbunden wird, so dass der Nocken 1 zumindest in einem Teilbereich des Gipfelkreises 4 einen die außen liegende Abgriffsfläche 6' verbreiternden Kranz trägt.
Die Herstellung von einstückig ausgebildeten Nocken 1 kann beispielsweise durch Kalt- oder durch Warmschmieden, durch Gießen oder Sintern erfolgen.
Wie den 1b und 2b zu entnehmen ist, verjüngt sich die Breite B der außen liegenden Abgriffsfläche 6' nach radial innen zur Nockenwellen-/Steuerachse 5 hin. Dabei kann die Verjüngung wie in der 1b gezeigt, stufenartig oder wie in der 2b gezeigt, kontinuierlich ausgebildet sein. Insbesondere bei einer kontinuierlich ausgebildeten Verjüngung, wie in den 2a und 2b gezeigt, kann eine im Bereich der Abgriffsfläche 6' in den Nocken 1 eingeleitete Kraft besser übertragen werden, als bei einer Querschnittsform, wie in den 1a und 1b gezeigt, welche sich stufenartig ändert. Die Verjüngung ist dabei an eine im Betrieb des Nocken 1 auftretende Belastung angepasst, so dass der Nocken 1 einerseits alle im Betrieb auftretenden Belastungen problemlos aufnehmen kann, andererseits jedoch nur ein sehr geringes Gewicht, insbesondere ein im Vergleich zum aus dem Stand der Technik bekannten Nocken geringeres Gewicht aufweist.
Eine Verbindung des erfindungsgemäßen Nockens 1 mit der Nocken-/Steuerwelle 2 kann dabei beispielsweise durch einen Schrumpfsitz, durch Kleben, durch Schweißen, durch Löten, durch Innenhochdruckumformen, insbesondere durch Hydroumformen, durch Formschluss oder durch Schrumpfkleben erfolgen.
Von besonderem Vorteil ist bei dem erfindungsgemäßen Nocken 1, dass eine Reduzierung des Nockengewichts im Vergleich zu konventionellen Nocken in Scheibenform um ca. 30 bis 40% möglich ist, wodurch auch eine deutliche Reduzierung des Gesamtgewichts der Nockenwelle 2 möglich wird. Darüber hinaus ist die Herstellung des Nockens 1 durch Schmieden, Gießen oder Sintern mit sehr geringem Materialeinsatz möglich, wodurch sich insbesondere der Bedarf an kostenintensivem und hochfestem Nockenwerkstoff reduziert. Darüber hinaus wird auch ein Bearbeitungsaufwand zur Herstellung einer sehr genauen Innenbohrung 9 des Nockens 1 durch die reduzierte Breite in diesem Bereich deutlich gemindert, was sich ebenfalls vorteilhaft auf die Herstellkosten auswirkt.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

- DE 10219195 C1 [0003]
- DE 3738809 C2 [0004]
- DE 4132802 A1 [0005]

Claims

Nocken (1) für eine Nocken- oder Steuerwelle (2) eines Verbrennungsmotors, mit – einem, einen kontinuierlichen Außendurchmesser aufweisenden Grundkreis (3), – einem, einen diskontinuierlichen Außendurchmesser aufweisenden Gipfelkreis (4), – wobei Grundkreis (3) und Gipfelkreis (4) eine zusammenhängende außenliegende Abgriffsfläche (6) bilden, an welcher im Betrieb des Verbrennungsmotors ein Nockenfolger anliegt, dadurch gekennzeichnet, dass die außenliegende Abgriffsfläche (6') zumindest in einem Teilbereich des Gipfelkreises (4) breiter ist als im Bereich des Grundkreises (3).
Nocken nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, – dass der Nocken (1) einstückig ausgebildet ist oder – dass der Nocken (1) zumindest in einem Teilbereich des Gipfelkreises (4) einen die außenliegende Abgriffsfläche (6') verbreiternden Kranz (8) trägt.
Nocken nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Nocken (1) durch Kalt- oder Warmschmieden, durch Gießen oder durch Sintern hergestellt ist.
Nocken nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Breite (B) der außenliegenden Abgriffsfläche (6) nach radial innen verjüngt.
Nockentrieb nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Verjüngung stufenartig oder kontinuierlich ausgebildet ist.
Nockentrieb nach einem der Ansprüche 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Verjüngung an eine im Betrieb des Nockens (1) auftretende Belastung angepasst ist.
Nockentrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Nocken (1) mittels zumindest einer der nachfolgenden Verbindungsarten auf der Nocken-/Steuerwelle (2) befestigt ist, Schrumpfen, Kleben, Schweißen, Löten, Innenhochdruckumformen/Hydroumformen, Formschluss, Schrumpfkleben.
Nocken- oder Steuerwelle mit einem Nocken nach einem der Ansprüche 1 bis 7.