DE102008054254A1 - Nockenwelle für einen hubvariablen Ventiltrieb einer Brennkraftmaschine - Google Patents
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Abstract
Description
- Gebiet der Erfindung
- Die Erfindung betrifft eine Nockenwelle für einen hubvariablen Ventiltrieb einer Brennkraftmaschine. Die Nockenwelle umfasst eine Trägerwelle und ein darauf drehfest und axialverschiebbar angeordnetes Nockenstück, das aus einem Nockenträger und einer Hülse zusammengesetzt ist. Der Nockenträger weist eine Nockengruppe unmittelbar benachbarter Nocken mit unterschiedlichen Nockenhüben und einen Zapfen auf, auf dem die Hülse befestigt ist. Die Hülse weist eine Kulisse in Form einer sich zumindest abschnittsweise über den Umfang der Hülse erstreckenden Nut auf, die zur Vorgabe einer axialen Kulissenbahn für einen das Nockenstück auf der Trägerwelle verschiebenden Betätigungsstift dient.
- Hintergrund der Erfindung
- Im Gegensatz zu schaltbaren Nockenfolgern, die in Abhängigkeit ihres Schaltzustands die Übertragung von Nockenhüben auf Gaswechselventile variieren, basiert die Ventiltriebsvariabilität bei der vorliegenden Nockenwelle auf axial verla gerbaren Nockenstücken, deren unterschiedliche Nockenerhebungen selektiv mit einem starren Nockenfolger in Eingriff sind. Das Funktionsprinzip eines Ventiltriebs mit einer derartigen Nockenwelle geht detailliert aus der
EP 0 798 451 B1 hervor. - Eine Nockenwelle mit gattungsgemäßem konstruktiven Aufbau ist beispielsweise in der
DE 10 2004 022 849 A1 vorgeschlagen, während eine Gestaltung der auf dem Nockenträger befestigten Hülse zur Vorgabe der Kulissenbahn näher in derDE 10 2004 024 219 A1 beschrieben ist. In diesen Druckschriften ist die auf dem Zapfen des Nockenträgers befestigte Hülse als separates Bauteil aus einer Stahllegierung oder aus Sintermetall hergestellt. In beiden Fällen ist jedoch eine spanende Bearbeitung bzw. Nacharbeit der als Nut ausgebildeten Kulisse zwingend erforderlich, da die spiralförmig gekrümmten Nutwände als Hinterschnitt wirken und insofern die erforderliche Entformbarkeit eines die Hülse als Fertigteil herstellenden Schmiede-, Guss- oder Sinterwerkzeugs nicht gegeben wäre. Aus diesem Grund sind die im Stand der Technik bekannten Hülsen nur mit hohem Bearbeitungs- und folglich Kostenaufwand für die spanende Bearbeitung oder Nacharbeit der Nut herstellbar. - Aufgabe der Erfindung
- Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Nockenwelle der eingangs genannten Art dahingehend fortzubilden, dass sie bei gleicher Funktionalität großseriengerecht und insbesondere kostengünstig herstellbar ist.
- Zusammenfassung der Erfindung
- Die Lösung dieser Aufgabe ergibt sich aus den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1, während vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen der Erfindung den Unteransprüchen entnehmbar sind. Demnach soll die Kulisse durch spanloses Umformen von Blechwerkstoff zu der Hülse hergestellt sein, die einen rohrförmigen Grundkörper und daran stirnseitig angebundene Kragen aufweist, wobei der Außenmantel des Grundkörpers als Grund der Nut und die Innenseiten der Kragen als Wände der Nut dienen. Mit anderen Worten ist es vorgeschlagen, die geometrisch äußerst komplexe und bislang nur mit hohem Aufwand hergestellte Kulisse mittels spanloser und bekanntermaßen kostengünstiger Blechumformung zu erzeugen.
- In Weiterbildung der Erfindung ist es vorgesehen, dass sich die Kragen lediglich über einen Teilumfang des Grundkörpers erstrecken, der an einem außerhalb dieses Teilumfangs verlaufenden Längsstoß form- oder stoffschlüssig zur Rohrform zusammengeführt ist. Diese Ausgestaltung macht sich den Umstand zunutze, dass die Axialverschiebung des Nockenstücks nur während der gemeinsamen Grundkreisphase der Nocken stattfinden kann und sich dementsprechend die Nut mit ihren Wänden nicht über den vollen Umfang der Hülse erstrecken muss. Der Umformprozess der Hülse kann dann so gestaltet sein, dass zunächst ein gerader Blechstreifen mit den als Wänden der Nut dienenden abgewinkelten Kragen hergestellt wird und das so gebildete Blechprofil bei mäßigem Umformgrad zur Rohrform der Hülse umgebogen und an seinen Längsenden verbunden wird. Die Längsenden sollen vorzugsweise einen stumpfen Längsstoß bilden und miteinander verschweißt sein. Alternativ kann aber auch ein überlappender Längsstoß mit formschlüssiger Verbindung der Längsenden, wie beispielsweise eine Schwalbenschwanzverbindung oder eine punkt- oder linienförmige Clinchverbindung vorgesehen sein. Alternativ zu den vorgenannten Verbindungen mittels Längsstoß besteht zudem auch die Möglichkeit, die Hülse aus zwei nebeneinander liegenden Ringkörpern stirnseitig zu verschweißen, wobei die Kragen entweder vor oder nach dem Verschweißen beispielsweise durch Tiefziehen oder Bördeln angeformt werden können.
- Außerdem soll die Kulisse zur Vorgabe zweier sich in einem Kreuzungspunkt schneidender Kulissenbahnen ausgebildet sein, wobei die Kragen spiegelsymmetrisch zu einer Quermittelebene der Hülse verlaufen und – auf die Drehrichtung des Nockenstücks bezogen – vor dem Kreuzungspunkt einen sich verringernden Abstand und nach dem Kreuzungspunkt einen sich vergrößernden Abstand aufweisen. Wie es aus der
DE 101 48 177 A1 bekannt ist, ermöglicht eine derartige Kulisse das Verschieben des Nockenstücks in beide Axialrichtungen, wobei im Falle einer Nockengruppe mit zwei Nocken lediglich ein Betätigungsstift erforderlich ist. - Weiterhin soll der Grund der Nut mit einer lokal angeformten Radialerhebung versehen sein, die als den Betätigungsstift aus der Kulisse treibende Rückführrampe dient. Wie bei derartigen Ventiltrieben in der Regel vorgesehen, ist der Betätigungsstift Teil eines Aktuators, der den Betätigungsstift bei einer vorbestimmten Winkelstellung der Nockenwelle aktiv in Eingriff mit der Kulisse bringt. Die nach dem Verschiebevorgang des Nockenstücks erforderliche Ausfahrbewegung des Betätigungsstifts aus der Kulisse erfolgt demgegenüber auf passive Weise, indem der Betätigungsstift durch die rampenförmige Radialerhebung aus der Kulisse in die außer Eingriff befindliche Ruheposition des Aktuators getrieben wird.
- In einer fertigungstechnisch einfachen Ausgestaltung soll die Radialerhebung am Grundkörper zungenförmig ausgestellt sein. Die Radialerhebung kann jedoch zugunsten erhöhter Steifigkeit sowohl der Hülse als auch der Radialerhebung selbst auch als geschlossene Ausformung ähnlich einer rampenförmigen Sicke am Grundkörper ausgebildet sein.
- Im Falle einer mehrventiligen Brennkraftmaschine, d. h. bei mindestens zwei Einlass- und/oder Auslassventilen pro Zylinder der Brennkraftmaschine, ist es außerdem vorgesehen, dass der Nockenträger zwei der genannten Nockengruppen und einen zwischen diesen verlaufenden zylindrischen Abschnitt zur Lagerung des Nockenstücks in einer Nockenwellenlagerstelle der Brennkraftmaschine aufweist. Dabei soll der Zapfen an einem Endabschnitt des Nockenträgers verlaufen. Diese Ausgestaltung ermöglicht es, mehrere gleichartige Gaswechselventile, d. h. Einlass- oder Auslassventile des zugeordneten Zylinders mit demselben Nockenstück zu betätigen, und entspricht der bevorzugten Zylinderkopfarchitektur modernen Brennkraftmaschinen, bei denen die Nockenwelle nicht in Lagerstellen zwischen den Zylindern, sondern zwischen den Einlass- bzw. Auslassventilen eines Zylinders abgestützt ist.
- Ferner soll die Hülse mittels eines Pressverbands auf dem Zapfen befestigt sein.
- Schließlich sollen die vorgenannten Merkmalen und Ausgestaltungen auch beliebig miteinander kombinierbar sein, sofern dies möglich und zweckmäßig ist.
- Kurze Beschreibung der Zeichnungen
- Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung und aus den Zeichnungen, in denen ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt ist. Es zeigen:
-
1 ein aus einem Nockenträger und einer Hülse zusammengesetztes Nockenstück in perspektivischer Ansicht; -
2 die Hülse in einer ersten perspektivischen Ansicht und -
3 die Hülse in einer zweiten perspektivischen Ansicht. - Detaillierte Beschreibung der Zeichnungen
- In
1 ist ein für das Verständnis der Erfindung wesentlicher Abschnitt einer Nockenwelle1 für einen hubvariablen Ventiltrieb einer Brennkraftmaschine offenbart. Die Nockenwelle1 umfasst eine Trägerwelle2 mit einer Außenlängsverzahnung und je Zylinder der Brennkraftmaschine ein Nockenstück3 , das mit einer entsprechenden Innenlängsverzahnung drehfest und axial verschiebbar auf der Trägerwelle2 angeordnet ist. Das Nockenstück3 ist aus einem Nockenträger4 und einer Hülse5 zusammengesetzt, die auf einem Zapfen6 des Nockenträgers4 mit definierter radialer Ausrichtung aufgepresst ist. Die Hülse5 kann zum Zwecke der präzisen Ausrichtung relativ zum Nockenträger4 mit einer hier nicht dargestellten, stirnseitigen Markierung versehen sein. - Der Nockenträger
4 weist zwei Nockengruppen7 ,8 mit jeweils einem Paar unmittelbar benachbarter Nocken9 ,10 bzw.11 ,12 auf, die zur variablen Betätigung von nicht dargestellten Nockenfolgern und Gaswechselventilen unterschiedliche Nockenhübe bei jeweils identischem Grundkreis13 aufweisen. Zur Lagerung des Nockenstücks3 in einer ebenfalls nicht dargestellten Nockenwellenlagerstelle der Brennkraftmaschine dient ein zwischen den Nockengruppen7 ,8 verlaufender zylindrischer Abschnitt14 des Nockenträgers4 . - Die in beide Verschieberichtungen des Nockenstücks
3 wirksame Hülse5 ist lediglich an einem Endabschnitt des Nockenträgers4 vorgesehen. Wie es aus einer Zusammenschau mit den2 und3 deutlich wird, in denen die Hülse5 in verschiedenen Winkelstellungen als Einzelteil dargestellt ist, handelt es sich bei der Hülse5 um ein einteilig aus Blechwerkstoff mittels spanloser Kaltumformung hergestelltes Bauteil. Dieses setzt sich geometrisch aus einem rohrförmigen Grundkörper15 und daran stirnseitig angebundenen Kragen16 zusammen, so dass eine Kulisse17 in Form einer sich abschnittsweise über den Umfang der Hülse5 erstreckenden Nut gebildet ist. Als Grund der Nut17 dient der Außenmantel des Grundkörpers15 und als Wände der Nut17 dienen die Innenseiten der Kragen16 . Die Funktion der Nut17 besteht in der Vorgabe einer axialen Kulissenbahn für einen radial in die Kulisse17 einkoppelbaren Betätigungsstift18 , der das Nockenstück3 auf der Trägerwelle2 gemäß dem Doppelpfeil hin und her verschiebt. Der Betätigungsstift18 ist Teil eines bekannten und hier nicht weiter dargestellten Aktuators. - Ausgangspunkt bei der Herstellung der Hülse
5 ist ein länglicher Blechstreifen, an den abschnittsweise die Kragen16 angeformt werden und der anschließend kreisförmig umgebogen wird. Die abschnittsweise angeformten Kragen16 erstrecken sich dementsprechend lediglich über einen Teilumfang des Grundkörpers15 , der an einem verschweißten Längsstoß19 außerhalb dieses Teilumfangs zur Rohrform zusammengeführt ist. - In der Nähe des Längsstoßes
19 befindet sich eine lokal angeformte Radialerhebung20 , die hier zungenförmig ausgestellt ist und deren Aufgabe darin besteht, den Betätigungsstift18 gegen Ende des Verschiebevorgangs des Nockenstücks3 aus der Kulisse17 in dessen eingefahrene Ruheposition zurück zu treiben. Wie es auch aus1 deutlich wird, weist die Radialerhebung20 die Form einer Rampe auf, die zur eingezeichneten Drehrichtung der Nockenwelle1 korrespondierend auf der Hülse5 orientiert ist. - Sowohl die Radialerhebung
20 als auch die Kragen16 verlaufen spiegelsymmetrisch zu einer Quermittelebene der Hülse5 , die im vorliegenden Ausführungsbeispiel mit einer so genannten X-Nut17 versehen ist. Hierunter ist zu verstehen, dass die Kulisse17 zur Vorgabe zweier sich in einem Kreuzungspunkt21 schneidender Kulissenbahnen22 ,23 ausgebildet ist. Die Kulissenbahnen22 und23 , die in2 durch die gepunktet dargestellten Linien symbolisiert sind, beschreiben die Bewegung des in die Kulisse17 eingekoppelten Betätigungsstifts18 relativ zum Umfang des Grundkörpers15 während der Verschiebung des Nockenstücks3 auf der Trägerwelle2 . Der Verlauf dieser Bewegung entspricht im wesentlichen der Formgebung der Kragen16 , die – bezogen auf die eingezeichnete Drehrichtung des Nockenstücks3 – vor dem Kreuzungspunkt21 einen sich verringernden Abstand und nach dem Kreuzungspunkt21 einen sich vergrößernden Abstand aufweisen. Da die Kragen16 stirnseitig am Grundkörper15 angebunden sind, ist dieser im Bereich des Kreuzungspunkts21 entsprechend schmal ausgebildet. - Nachfolgend ist das Zusammenspiel des Betätigungsstifts
18 mit der Kulisse17 beim Verschieben des Nockenstücks3 während des gemeinsamen Grundkreises13 der Nocken9 ,10 und11 ,12 erläutert. In2 befindet sich der Betätigungsstift18 bereits in Eingriff mit der in Pfeilrichtung drehenden Kulisse17 , um das Nockenstück3 entsprechend der Kulissenbahn22 von rechts vorne nach links hinten relativ zur Trägerwelle2 zu verschieben. Das Nockenstück3 stützt sich zunächst mit dem das Nockenstück3 beschleunigenden Kragenabschnitt24 und anschließend, nach Passieren des Kreuzungspunkts21 infolge axialer Massenträgheit des Nockenstücks3 , mit dem das Nockenstück3 verzögernden Kragenabschnitt25 am Betätigungsstift18 ab. Gegen Ende des Verschiebevorgangs gemäß1 wird der Betätigungsstift18 durch die rampenförmige Radialerhebung20 angehoben und aus der Kulisse17 in dessen eingriffslose Ruheposition getrieben. - Das Zurückschieben des Nockenstücks
3 – in2 entsprechend der Kulissenbahn23 von links hinten nach rechts vorne – erfolgt in analoger Weise durch erneutes Einkoppeln des Betätigungsstifts18 in die Kulisse17 , wobei sich nunmehr das Nockenstück3 mit dem das Nockenstück3 beschleunigenden Kragenabschnitt26 und, nach Passieren des Kreuzungspunkts21 , mit dem das Nockenstück3 verzögernden Kragenabschnitt27 am Betätigungsstift18 abstützt. - Die Breite der Radialerhebung
20 ist so bemessen, dass sie in beiden Verschieberichtungen als den Betätigungsstift18 aus der Kulisse17 treibende Rückführrampe dient. -
- 1
- Nockenwelle
- 2
- Trägerwelle
- 3
- Nockenstück
- 4
- Nockenträger
- 5
- Hülse
- 6
- Zapfen
- 7
- Nockengruppe
- 8
- Nockengruppe
- 9
- Nocken
- 10
- Nocken
- 11
- Nocken
- 12
- Nocken
- 13
- Grundkreis
- 14
- zylindrischer Abschnitt
- 15
- Grundkörper
- 16
- Kragen
- 17
- Kulisse/Nut
- 18
- Betätigungsstift
- 19
- Längsstoß
- 20
- Radialerhebung
- 21
- Kreuzungspunkt
- 22
- Kulissenbahn
- 23
- Kulissenbahn
- 24
- beschleunigender Kragenabschnitt
- 25
- verzögernder Kragenabschnitt
- 26
- beschleunigender Kragenabschnitt
- 27
- verzögernder Kragenabschnitt
- 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
-
- - EP 0798451 B1 [0002]
- - DE 102004022849 A1 [0003]
- - DE 102004024219 A1 [0003]
- - DE 10148177 A1 [0007]
Claims (8)
- Nockenwelle (
1 ) für einen hubvariablen Ventiltrieb einer Brennkraftmaschine, mit einer Trägerwelle (2 ) und einem darauf drehfest und axialverschiebbar angeordneten Nockenstück (3 ), das aus einem Nockenträger (4 ) und einer Hülse (5 ) zusammengesetzt ist, wobei der Nockenträger (4 ) eine Nockengruppe (7 ,8 ) unmittelbar benachbarter Nocken (9 ,10 ,11 ,12 ) mit unterschiedlichen Nockenhüben und einen Zapfen (6 ) aufweist, auf dem die Hülse (5 ) befestigt ist, und wobei die Hülse (5 ) eine Kulisse (17 ) in Form einer sich zumindest abschnittsweise über den Umfang der Hülse (5 ) erstreckenden Nut aufweist, die zur Vorgabe einer axialen Kulissenbahn für einen das Nockenstück (3 ) auf der Trägerwelle (2 ) verschiebenden Betätigungsstift (18 ) dient, dadurch gekennzeichnet, dass die Kulisse (17 ) durch spanloses Umformen von Blechwerkstoff zu der Hülse (5 ) hergestellt ist, die einen rohrförmigen Grundkörper (15 ) und daran stirnseitig angebundene Kragen (16 ) aufweist, wobei der Außenmantel des Grundkörpers (15 ) als Grund der Nut (17 ) und die Innenseiten der Kragen (16 ) als Wände der Nut (17 ) dienen. - Nockenwelle (
1 ) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Kragen (16 ) lediglich über einen Teilumfang des Grundkörpers (15 ) erstrecken, der an einem außerhalb dieses Teilumfangs verlaufenden Längsstoß (19 ) form- oder stoffschlüssig zur Rohrform zusammengeführt ist. - Nockenwelle (
1 ) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Grundkörper (15 ) am Längsstoß (19 ) verschweißt ist. - Nockenwelle (
1 ) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kulisse (17 ) zur Vorgabe zweier sich in einem Kreuzungspunkt (21 ) schneidender Kulissenbahnen (22 ,23 ) ausgebildet ist, wobei die Kragen (16 ) spiegelsymmetrisch zu einer Quermittelebene der Hülse (5 ) verlaufen und, bezüglich der Drehrichtung des Nockenstücks (3 ), vor dem Kreuzungspunkt (21 ) einen sich verringernden Abstand und nach dem Kreuzungspunkt (21 ) einen sich vergrößernden Abstand aufweisen. - Nockenwelle (
1 ) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Grund der Nut (17 ) mit einer lokal angeformten Radialerhebung (20 ) versehen ist, die als den Betätigungsstift (18 ) aus der Kulisse (17 ) treibende Rückführrampe dient. - Nockenwelle (
1 ) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Radialerhebung (20 ) am Grundkörper (15 ) zungenförmig ausgestellt ist. - Nockenwelle (
1 ) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Nockenträger (4 ) zwei der genannten Nockengruppen (7 ,8 ) und einen zwischen diesen verlaufenden zylindrischen Abschnitt (14 ) zur Lagerung des Nockenstücks (3 ) in einer Nockenwellenlagerstelle der Brennkraftmaschine aufweist, wobei der Zapfen (6 ) an einem Endabschnitt des Nockenträgers (4 ) verläuft. - Nockenwelle (
1 ) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Hülse (5 ) mittels eines Pressverbands auf dem Zapfen (6 ) befestigt ist.
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