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Die Erfindung betrifft den Ventiltrieb einer Brennkraftmaschine mit mindestens einer Nockenwelle, die mehrere jeweils einen Zylinder der Brennkraftmaschine zugeordnete Nockenträger umfasst, die axial verschieblich gelagert sind.
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Ventiltriebe der eingangs genannten Art sind aus dem Stand der Technik bekannt. Um variable Ventilöffnungszeiten zu realisieren, weisen derartige Ventiltriebe eine Nockenwelle auf, auf der axial verschieblich gelagerte Nockenträger angeordnet sind, die – wie der Name schon sagt – die Nocken zum Betätigen eines Ventils des entsprechenden Zylinders tragen. Auf jedem Nockenträger sind dabei für jeweils ein Ventil mindestens zwei unterschiedliche Nocken beziehungsweise Nockenkonturen vorgesehen, die nebeneinander angeordnet sind. Durch axiales Verschieben des Nockenträgers kann somit zwischen den beiden Nockenkonturen gewechselt werden, wodurch die Ventilöffnungszeiten verändert werden. Aufgrund der üblicherweise hohen Kräfte, die zwischen der Nockenwelle und den Ventilen wirken, insbesondere aufgrund der den Ventilen zugeordneten Ventilfedern, müssen hohe Umfangskräfte beziehungsweise ein hohes Drehmoment auf die Nockenträger übertragen werden können. Gleichzeitig muss eine axiale Verschiebung gewährleistet werden.
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Aus der europäischen Patentschrift
EP 1 608 849 B1 ist es bekannt, die Nockenträger mit einer Innenverzahnung zu versehen, die mit einer Außenverzahnung einer durchgehenden Grundwelle in Eingriff steht. Somit können durch Antreiben der Grundwelle die darauf angeordneten und umfangsseitig formschlüssig mit der Grundwelle zusammenwirkenden Nockenträger mit den darauf angeordneten Nocken mit ausreichender Antriebskraft beaufschlagt werden. Die Verzahnung hat jedoch bauraumbedingt einen kleinen Teilkreisdurchmesser und ein fertigungsbedingtes Zahnflankenspiel, welche zusammen ein Verdrehwinkelspiel ergeben. Bei negativen Antriebsmomenten, die periodisch vom anzutreibenden beziehungsweise beaufschlagten Ventil erzeugt werden, führt dies zu Anlagewechseln in der Verzahnung und damit zu Unstetigkeiten in der Kraftübertragung, die unter anderem durch eine Geräuschentwicklung in Erscheinung treten. Darüber hinaus sind die Außenverzahnung der Grundwelle und die Innenverzahnung der Nockenträger nur mit hohem Aufwand und entsprechenden Kosten herstellbar.
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Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, einen Ventiltrieb zu schaffen, der eine sichere Übertragung auch hoher Drehmomente ermöglicht, und dabei kostengünstig und einfach herstellbar ist.
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Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe wird durch einen Ventiltrieb gemäß den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Der erfindungsgemäße Ventiltrieb zeichnet sich dadurch aus, dass die Nockenträger an wenigstens einer ihrer Stirnseiten mindestens ein Drehmitnahmemittel aufweisen, das derart ausgebildet ist, dass Drehmitnahmemittel benachbarter Nockenträger axial verschieblich ineinandergreifen. Die Nockenträger weisen also an ihren Stirnseiten, also an ihren axialen Stirnflächen, Drehmitnahmemittel auf. Unter den Drehmitnahmemitteln sind Elemente zu verstehen, die allgemein eine Kraftübertragung in Umfangsrichtung der Nockenträger, also eine Rotationskraftübertragung beziehungsweise ein Drehmoment von einem Nockenträger zu dem benachbarten Nockenträger bewirken. Bevorzugt sind die Drehmitnahmemittel derart ausgebildet, dass sie formschlüssig zusammenwirken, sodass besonders hohe Rotationskräfte beziehungsweise Drehmomente übertragen werden können. Die Drehmitnahmemittel sind derart ausgebildet und/oder angeordnet, dass die Drehmitnahmemittel benachbarter Nockenträger derart ineinandergreifen, dass sie axial verschieblich sind. Die Drehmitnahmemittel bieten somit zumindest in axialer Richtung einen Freiheitsgrad, der es erlaubt, die Nockenträger axial zueinander zu verschieben. Die axiale Erstreckung der Drehmitnahmemittel ist dabei zweckmäßigerweise derart bemessen, dass bei größter Annäherung benachbarter Nockenträger ein axialer Freigang zwischen den Nockenträgern besteht und bei größter Entfernung benachbarter Nockenträger die Drehmitnahmemittel noch so weit ineinandergreifen, dass eine ausreichende Kraftübertragung gewährleistet wird.
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Die stirnseitigen Drehmitnahmemittel, die bevorzugt einstückig mit dem jeweiligen Nockenträger ausgebildet sind, lassen sich sehr viel einfacher und kostengünstiger als beispielsweise eine Außenverzahnung einer Grundwelle und eine entsprechende Innenverzahnung der Nockenträger, wie aus dem Stand der Technik bekannt, herstellen. Im Unterschied zu den bekannten Ventiltrieben findet vorliegend die Kraftübertragung nicht zentral über eine Grundwelle statt, die sämtliche auf ihr angeordnete Nockenträger antreibt, sondern seriell von einem Nockenträger zum nächsten.
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Vorteilhafterweise weisen die Nockenträger als Drehmitnahmemittel jeweils wenigstens eine Axial-Ausnehmung und/oder einen Axial-Vorsprung an der wenigstens einen Stirnseite auf. So können beispielsweise zur Drehmomentübertragung die umfangsseitigen Flanken der Vorsprünge zusammenwirken, oder ein Vorsprung des einen Nockenträgers in eine Ausnehmung des benachbarten Nockenträgers eingeschoben werden, um dann durch eine Drehbewegung zumindest eine Flanke des Vorsprungs mit einer Flanke der Ausnehmung in formschlüssige Wirkverbindung zu bringen. Vorteilhafterweise sind mehrere Axial-Ausnehmungen beziehungsweise Axial-Vorsprünge über die Stirnseite des jeweiligen Nockenträgers verteilt, insbesondere gleichmäßig über den Umfang verteilt, angeordnet.
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Bevorzugt sind die Drehmitnahmemittel als Zahnprofil oder Klauenprofil ausgebildet. Derartige Profile, die stirnseitig eine Drehmomentübertragung ermöglichen, können einfach und kostengünstig hergestellt werden und erlauben die Übertragung hoher Drehmomente.
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Vorteilhafterweise sind die umfangsseitig zusammenwirkenden beziehungsweise sich kontaktierenden Flanken der Drehmitnahmemittel benachbarter Nockenträger parallel zur Drehachse der Nockenwelle ausgerichtet. Dies hat den Vorteil, dass wenn die Nockenträger zum Wechseln der Nockenkontur axial verschoben werden, keine Phasenwinkeländerungen an den folgenden Nockenträgern und keine Axialkräfte entstehen.
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Zweckmäßigerweise greifen die ineinandergreifenden Drehmitnahmemittel spielfrei oder mit Spiel ineinander. So kann vorgesehen sein, dass im Betrieb nur ein gegenüberliegendes Flankenpaar von Drehmitnahmeelementen zusammenwirkt, während das benachbarte Flankenpaar einen Abstand in Umfangsrichtung zueinander aufweist. Dies hat den Vorteil, dass axiale Reibkräfte, die beim Verschieben der Nockenträger in axialer Richtung entstehen könnten, gering ausfallen. Jedoch kann hier das umfangsseitige Spiel zwischen benachbarter Flanken im Betrieb zu einem Anlagenwechsel und damit zu einer unerwünschten Geräuschentwicklung führen. Um dennoch die Reibkräfte beim axialen Verschieben gering zu halten, kann ein Ineinandergreifen der Drehmitnahmemittel mit Spiel genutzt werden, wenn zusätzlich gewährleistet wird, dass stets die gleichen Flanken benachbarter Drehmitnahmemittel aneinander anliegen.
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Vorteilhafterweise weist die Nockenwelle an einem Ende ein Endstück und/oder am anderen Ende ein Antriebsstück auf, die an ihrer der Nockenwelle zugewandten Stirnseite mindestens ein mit den Drehmitnahmemitteln des entsprechenden Nockenträgers zusammenwirkendes Drehmitnahmemittel aufweisen. Es ist somit vorgesehen, dass die Nockenwelle ein Antriebsstück aufweist. Hierunter ist insbesondere ein Element zu verstehen, das in der Verlängerung der Reihe von Nockenträgern angeordnet ist, und zum Antreiben der Nockenwelle beziehungsweise der Nockenträger dient. Dazu weist das Antriebsstück bevorzugt eine Verzahnung auf, die beispielsweise mit einem Kettentrieb der Brennkraftmaschine zusammenwirkt. Das Endstück, das zusätzlich oder alternativ vorgesehen ist, ist an dem anderen Ende der Reihe von Nockenträgern angeordnet und weist ebenso wie das Antriebsstück Drehmitnahmemittel auf, die den Drehmitnahmemitteln der Nockenträger entsprechen, sodass das Endstück und das Antriebsstück auf die gleiche Art und Weise ein Drehmoment übertragen beziehungsweise mit einer Kraft beaufschlagt werden können. Durch den modulartigen Aufbau des Ventiltriebs insbesondere der Nockenwelle ist es besonders einfach, die Nockenwelle an unterschiedliche Bedingungen, insbesondere an eine unterschiedliche Zylinderanzahl bei Brennkraftmaschinen anzupassen.
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Besonders bevorzug sind das Endstück und das Antriebsstück durch eine Drehfeder, insbesondere durch eine Drehstabfeder, miteinander verbunden. Hierdurch kann der oben beschriebene dauernde Kontakt zwischen zwei Flanken ineinandergreifender Drehmitnahmemittel beziehungsweise benachbarter Nockenträger bei einer Ausbildung der Drehmitnahmemittel mit Spiel gewährleistet werden. Zweckmäßigerweise sind das Endstück und das Antriebsstück und die Drehfeder derart ausgebildet, dass die Drehfeder eine Vorspannung zwischen dem Endstück und dem Antriebsstück erzeugt, sodass auch ohne wirkende Betriebskräfte die entsprechenden Flankenpaare, die das Drehmoment in nur eine Richtung abstützen, mit einer Vorspannung belastet beziehungsweise beaufschlagt sind. Dadurch wird gewährleistet, dass sich die Flankenpaare im Betrieb nicht voneinander lösen, was eine Geräuschentwicklung zur Folge hätte. Zweckmäßigerweise wird das Verspanndrehmoment der Drehfeder derart bemessen, dass die aus dem Ventiltrieb entstehenden negativen Drehmomente, über alle Nockenträger hinweg summiert, kleiner sind als das Verspannmoment und so sicher ein Kontaktverlust an den Flankenpaaren vermieden wird.
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Weiterhin ist vorgesehen, dass die Nockenträger in der Art einer Holwelle mit einem zentralen Axial-Durchbruch ausgebildet sind, und dass sich die Drehfeder beziehungsweise Drehstabfeder durch den Axial-Durchbruch und damit durch die Nockenträger hindurch axial erstreckt. Die Nockenträger selbst werden dabei zweckmäßigerweise nicht von der Drehfeder direkt mit einer Kraft beaufschlagt.
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Um Reibkräfte zwischen den Nockenträgern und auch dem Endstück und dem Antriebsstück zu verringern, sind bevorzugt umfangsseitig zwischen ineinandergreifenden Drehmitnahmemitteln Wälzkörper zum Bilden eines Axial-Wälzkörperlagers angeordnet. Das so gebildete Axial-Wälzkörperlager beziehungsweise Linear-Wälzkörperlager verringert die Reibkräfte erheblich und erlaubt dennoch eine Übertragung hoher Kräfte in Umfangsrichtung. Bei den Wälzkörpern handelt es sich bevorzugt um Kugelrollen oder Zylinderrollen. Ebenso kann es sich bei den Wälzkörpern um Zahnräder handeln, die mit einer entsprechenden Zahnung auf den gegenüberliegenden Flanken der Drehmitnahmemittel zusammenwirken. Die Drehachse der Zahnräder ist dabei zweckmäßigerweise radial zur Drehachse der Nockenwelle ausgerichtet. Bevorzugt werden die Wälzkörper, hierunter sind in diesem Zusammenhang auch die Zahnräder zu verstehen, von einem Wälzkörperkäfig geführt, der zwischen den Stirnseiten benachbarter Nockenträger angeordnet ist.
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Schließlich ist vorgesehen, dass die ineinandergreifenden Drehmitnahmemittel eine Mantelaußenfläche bilden, auf die ein Lager, insbesondere ein Wälzkörperlager, aufbringbar ist. Die Nockenwelle ist dadurch im Bereich der Drehmitnahmemittel insgesamt in einem Gehäuse der Brennkraftmaschine lagerbar, wobei auf die Mantelaußenfläche insbesondere der Innenring eines Wälzkörperlagers aufbringbar ist. Die Mantelaußenfläche, mit der sich die Drehmitnahmemittel und damit die Nockenträger an dem Lager abstützen, kann durchgehend oder mit umfangsseitigen Unterbrechungen ausgebildet sein.
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Im Folgenden soll die Erfindung anhand der Zeichnung erläutert werden. Es zeigen
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1 ein Ausführungsbeispiel einer vorteilhaften Nockenwelle;
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2 eine vereinfachte Darstellung der Nockenwelle mit einer Drehfeder;
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3A bis 3C verschiedene Ausführungsbeispiele von Drehmitnahmemitteln und Axial-Wälzkörperlagern und
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4A bis 4D weitere Ausführungsbeispiele von Drehmitnahmemitteln und Axial-Wälzkörperlagern und
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Die 1 zeigt in einer Draufsicht ein Ausführungsbeispiel einer vorteilhaften Nockenwelle 1 eines Ventiltriebs 2 einer hier nicht näher dargestellten Brennkraftmaschine. Der vorliegende Ventiltrieb 2 ist hierbei für die Betätigung von Ventilen von vier Zylindern der Brennkraftmaschine ausgebildet. Dazu weist die Nockenwelle 1 vier Nockenträger 3, 4, 5, 6 auf, die jeweils einem Zylinder der Brennkraftmaschine zugeordnet sind. Jedem Ventil des jeweiligen Zylinders sind dabei vorliegend drei unterschiedlich ausgebildete Nocken 7, 8 und 9 zugeordnet und auf dem jeweiligen Nockenträger 3 bis 6 angeordnet. In dem dargestellten Betriebszustand wirken die Nocken 8 der Nockenträger 3 und 6 und die Nocken 7 der Nockenträger 4 und 5 jeweils mit den dem Zylinder zugeordneten Ventilen, die hier nur ansatzweise dargestellt sind, zusammen. Vorteilhafterweise sind die jeweiligen Nocken 7, 8 und 9 einstückig mit dem jeweiligen Nockenträger 3 bis 6 ausgebildet.
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Um die Nockenkontur zu wechseln, das Ventil also mit einem anderen der Nocken zu betreiben, sind die Nockenträger 3 bis 6 axial verschieblich gelagert. In jedem der Nockenträger 3 bis 6 ist dazu eine sich über den Umfang erstreckende Y-Nut 10 ausgebildet, in die Stifte eines Drei-Stift-Aktuators 11, 12, 13 und 14 eingebracht werden können, sodass durch die Rotation der Nockenwelle und den jeweils eingebrachten Stift der jeweiligen Nockenträger 3 bis 6 in die gewünschte Richtung verschoben und somit auf die gewünschte Nockenkontur beziehungsweise auf den gewünschten Nocken 7 bis 9 gewechselt wird. Vorteilhafterweise ist der jeweilige Drei-Stift-Aktuator 11 bis 14 mit drei Rillen versehen, die mit einem gehäusefesten Kugel-Feder-System verrasten, wie für den Drei-Stift-Aktuator 11 dargestellt. Besonders bevorzugt ist das Schieberrastsystem in ein Gehäuse integriert, in dem auch der Drei-Stift-Aktuator (11 bis 14) und/oder dessen Stifte angeordnet sind. Natürlich können auch andere Verstellmechanismen, wie beispielsweise eine S-Nut mit einem Ein-Stift-Aktuator oder eine Y-Nut mit einem Zwei-Stift-Aktuator oder ähnliche dem Fachmann bekannte Anordnungen vorgesehen werden. Natürlich ist es auch denkbar, die jeweilige Nut nicht mittig zwischen den jeweils einem Ventil zugeordneten Nockengruppen, sondern beispielsweise an einer Endseite des Nockenträgers anzuordnen.
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An ihren Stirnseiten weisen die Nockenträger 3 bis 6 vorteilhafte Drehmitnahmemittel 15, 16 auf, die derart ausgebildet sind, dass die Drehmitnahmemittel 15, 16 benachbarter Nockenträger 3, 4/4, 5/5, 6 axial verschieblich ineinandergreifen.
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Vorliegend sind die Drehmitnahmemittel 15, 16 als Klauenprofil 17 beziehungsweise 18 ausgebildet. Dazu weisen die Drehmitnahmemittel jeweils mehrere stift- oder zinkenartige Axial-Vorsprünge 19 sowie eine jeweils dazwischen liegende Axial-Ausnehmung 19 auf. Zweckmäßigerweise sind die mehreren Axial-Vorsprünge und -Ausnehmungen 19, 20 gleichmäßig über den Umfang der jeweiligen Stirnseite des entsprechenden Nockenträgers 3, 4, 5, 6 verteilt derart angeordnet und ausgebildet, dass die Drehmitnahmemittel komplementär zueinander sind. Die Axial-Vorsprünge 19 und die Axial-Ausnehmungen 20 beziehungsweise das jeweilige Klauenprofil 17, 18 sind dabei derart ausgebildet, dass die Axial-Vorsprünge 19 des einen Nockenträgers in die Axial-Ausnehmungen 20 des benachbarten Nockenträgers und umgekehrt eingreifen.
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An ihrem einen Ende 21 weist die Nockenwelle 1 ein Antriebsstück 22 auf und an ihrem anderen Ende 23 ein Endstück 24. Das Antriebsstück 22 und das Endstück 24 weisen an ihren den außenliegenden Nockenträgern 3 beziehungsweise 6 zugeordneten Stirnseiten Drehmitnahmemittel auf, die den Drehmitnahmemitteln 16 beziehungsweise 15 der Nockenträger 3 bis 6 entsprechen, sodass auch das Endstück 24 und das Antriebsstück 22 axial verschieblich zu dem entsprechenden Nockenträger 3 beziehungsweise 6 sind. Das Antriebsstück 22 weist ein Zahn- oder Kettenrad 25 auf, das von einer von der Brennkraftmaschine angetriebenen Kette zum Antreiben der Nockenwelle 1 umschlungen werden kann. Weiterhin weist das Antriebsstück 22 eine Verstelleinheit 26 auf, die eine Phasenverstellung zwischen der Nockenwelle 1 und der antreibenden Kette beziehungsweise der Kurbelwelle der Brennkraftmaschine ermöglicht.
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Vorliegend sind die Axial-Ausnehmungen 20 und Axial-Vorsprünge 19 derart ausgebildet, dass zumindest zwischen einigen der durch das Ineinandergreifen umfangsseitig benachbart zueinander liegende Flanken ein Freiraum 27 besteht. In diesem Freiraum 27 sind im vorliegenden Ausführungsbeispiel jeweils ein Wälzkörper 28 zum Bilden eines Axial-Wälzkörperlagers 29 beziehungsweise eines Linear-Wälzkörperlagers, angeordnet.
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In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel der 1 ist als Wälzkörper 28 des Axial-Wälzkörperlagers 29 ein Zahnrad 30 vorgesehen. Die umfangsseitig gegenüberliegenden Flanken der Axial-Vorsprünge 19 beziehungsweise die Drehmitnahmemittel 15, 16 weisen entsprechende Zahnungen auf, auf denen das Zahnrad 30 ablaufen kann.
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Im Folgenden soll die Funktion der Nockenwelle 1 erläutert werden. Wird das Antriebsstück 22 von der Brennkraftmaschine angetrieben, so wird ein Drehmoment über die Drehmitnahmemittel 15, 16 übertragen, die in zumindest einer Umfangsrichtung formschlüssig aneinanderliegen, wobei zwischen manchen der Axial-Vorsprünge 19 die Formschlüssigkeit über den Wälzkörper 28 beziehungsweise das Zahnrad 30 gewährleistet wird. So kann umfangsseitig beziehungsweise in Umfangsrichtung von dem Drehmitnahmemittel 16 des Antriebsstücks eine Kraft auf das Drehmitnahmemittel 15 des Nockenträgers 3 übertragen werden. Entsprechend wird das Drehmoment von dem Nockenträger 3 über die Drehmitnahmemittel 16 auf die Drehmitnahmemittel 15 des Nockenträgers 4 übertragen. Dies setzt sich bis zu dem Endstück 24 fort. Die Drehmitnahmemittel 15, 16 sind derart ausgebildet, wie bereits gesagt, dass sie ineinander axial verschieblich eingreifen. Dadurch wird gewährleistet, dass die Nockenträger 3, 4, 5, 6 axial verschieblich gelagert sind und dennoch ein Drehmoment von einem Nockenträger auf den nächsten Nockenträger übertragen werden kann. Insgesamt ist somit vorliegend eine serielle Drehmomentübertragung über die Nockenträger 3 bis 6 vorgesehen. Zweckmäßigerweise sind die Axialerstreckungen der Drehmitnahmemittel 15, 16 beziehungsweise der Axial-Vorsprünge 19 und der Axial-Ausnehmungen 20 derart gewählt, dass jedem Nockenträger 3 bis 6 ein ausreichend weiter axialer Verschiebeweg ermöglicht wird, ohne dass beispielsweise ein Axial-Vorsprung 19 gegen die Stirnseite des benachbarten Nockenträgers trifft und dadurch eine weitere axiale Verschiebung verhindert wird.
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Die Wälzkörper 28 beziehungsweise die Axial-Wälzkörperlager 29 verringern die Reibung bei einer axialen Verschiebung der Nockenträger 3 bis 6. Gleichzeitig ermöglichen sie die Übertragung hoher Drehmomente über die gesamte Nockenwelle 1 hinweg. Zweckmäßigerweise ist die Nockenwelle 1 im Bereich der Drehmitnahmemittel 15, 16 in einem Gehäuse der Brennkraftmaschine, insbesondere in einem Zylinderkopf der Brennkraftmaschine, mittels Wälzlager 31 drehbar gelagert. Der Innenring der Wälzlager 31 liegt dabei vorteilhafterweise auf der Mantelaußenfläche der Drehmitnahmemittel 15, 16 beziehungsweise der Axial-Vorsprünge 19 auf. Die Axial-Vorsprünge 19 sind dabei vorteilhafterweise derart ausgebildet, dass sie eine zumindest im Wesentlichen geschlossene Mantelaußenfläche bilden. Die Axial-Wälzkörperlager 29 können dabei in entsprechenden Axial-Aussparungen, die nach außen radial durch die Mantelaußenfläche abgeschlossen beziehungsweise begrenzt sein können, einliegen.
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Die Wälzkörperlager 31 sind zweckmäßigerweise axial im Gehäuse gelagert, sodass diese beim Verschieben der Nockenträger 3 bis 6 nicht mit verschoben werden können.
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Vorteilhafterweise sind die Drehmitnahmemittel 15, 16 derart ausgebildet, dass die Flanken derart formschlüssig ineinandergreifen, dass in beide Drehrichtungen ein Drehmoment übertragen werden kann, ohne dass ein (spürbarer/hörbarer) Anlagewechsel erfolgt. Dadurch wird sichergestellt, dass im Betrieb die auf die Nockenwelle wirkenden Kräfte, die im Wesentlichen durch die hohen Federkräfte der die Ventile beaufschlagenden Ventilfedern erzeugt werden, nicht zu einem Anlagewechsel führen.
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In einer alternativen Ausgestaltung der Nockenwelle 1 sind die Drehmitnahmemittel im Gegensatz zu der oben beschriebenen spielfreien Ausbildung derart ausgebildet, dass sie ein Spiel zwischen den benachbarten Flanken aufweisen, wodurch eine Reibung beim axialen Verschieben verringert wird, und wodurch die Herstellung aufgrund größerer Toleranzen vereinfacht wird. Um dennoch einen Anlagewechsel zu vermeiden, werden die Nockenträger 3 bis 6 mittels Federvorspannung derart gegeneinander verspannt, dass sich durch äußere Einflüsse bewirkte Drehmomente (Ventilfedern) nicht in einen Anlagewechsel auswirken können.
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In der 2 ist dazu die Nockenwelle 1 in einer stark vereinfachten Darstellung gezeigt. Um die oben beschriebene Verspannung der Nockenträger 3 bis 6 zu gewährleisten, ist gemäß dem Ausführungsbeispiel der 2 eine Drehfeder 32 vorgesehen, die als Drehstabfeder 33 ausgebildet ist. Die Nockenträger 3 bis 6 sind hierbei als Hohlwellen beziehungsweise in der Art einer Hohlwelle ausgebildet und weisen dazu einen zentralen sich durch den jeweiligen Nockenträger 3 bis 6 erstreckenden Axial-Durchbruch 34 in Form einer Durchbohrung auf. Das Antriebsstück 22 und das Endstück 24 weisen ebenfalls in ihrer Axialerstreckung einen zentralen Durchbruch 36 beziehungsweise 37 auf, die jedoch auf ihrer Innenseite jeweils Drehmitnahmeelemente 38 in Form von Innenverzahnungen 39 aufweisen. Die Drehfeder 34 weist an ihren Enden entsprechende Drehmitnahmeelemente 40 auf, die als Außenverzahnung 41 ausgebildet sind, und mit den Innenverzahnungen 39 zumindest in Umfangrichtung formschlüssig oder im Wesentlichen formschlüssig in Eingriff stehen. Die Nockenträger 3 bis 6 stehen dagegen nicht in einem entsprechenden direkten mechanischen Wirkkontakt mit der Drehfeder 32, die sich axial durch die Axial-Durchbrüche 34 durch die Nockenträger 3 bis 6 von dem Antriebsstück 22 bis zu dem Endstück 24 erstreckt. Durch eine Vorspannung der Drehfeder 32, wie durch einen Pfeil 42 angedeutet, werden die Nockenträger 3 bis 6 gegeneinander verspannt, sodass ein Anlagewechsel vermieden wird. Die Drehfeder 32 ist dazu entsprechend stark ausgelegt. Zweckmäßigerweise ist das Verspann-Drehmoment der Drehfeder so gerichtet, dass auch ohne Betriebskräfte die entsprechenden Flankenpaare der Drehmitnahmemittel 15, 16 mit einer Vorspannungskraft belastet beziehungsweise beaufschlagt sind. Das Verspann-Drehmoment der zentralen Drehfeder 32 wird so bemessen, dass die aus dem Ventiltrieb entstehenden negativen Drehmomente, über alle Nockenträger 3 bis 6 hinweg summiert, kleiner sind als das Verspannmoment, wodurch sicher ein Kontaktverlust an den Flankenpaaren vermieden wird. Auf diese Weise können Drehmomente in beide Drehrichtungen spielfrei übertragen werden.
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Zweckmäßigerweise sind die Flanken ineinandergreifender Drehmitnahmemittel 15, 16 parallel zur Rotations- beziehungsweise Drehachse der Nockenwelle 1 ausgerichtet, sodass bei einer Axial-Verschiebung eines oder mehrerer Nockenträger 3 bis 6 keine Phasenwinkeländerungen an den folgenden Nockenträgern und auch keine Axialkräfte entstehen.
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Prinzipiell können als Wälzkörper 28 auch Kugeln oder Rollen vorgesehen sein. Zweckmäßigerweise werden die Wälzkörper 28 in Käfigen vormontiert und geführt.
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Die 3A bis 3C zeigen hierzu in Querschnittsdarstellungen verschiedene Ausführungsbeispiele für die Ausbildung der Drehmitnahmemittel 15, 16 einerseits und der Axial-Wälzkörperlager 29 andererseits.
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Gemäß 3A liegen die Axial-Vorsprünge 19 benachbarter Nockenträger, beispielsweise 3 und 4, umfangsseitig mit jeweils einer Flanke aneinander an, während die verbleibende Flanke auf einen Wälzkörper 28, der vorliegend als Kugel 43 ausgebildet ist, abläuft. Die Drehmitnahmemittel 15, 16 sind dabei also derart ausgebildet, dass je zwei Axial-Vorsprünge 19 umfangsseitig aneinanderliegen, und zwischen den benachbarten Paaren von aneinanderliegenden Axial-Vorsprüngen 19 jeweils ein Wälzkörper 28 vorgesehen und mittels eines Käfigs 44 geführt ist.
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Das Ausführungsbeispiel der 3B unterscheidet sich dahingehend, dass zwischen jedem der benachbarten Drehmitnahmemittel 15, 16 beziehungsweise Axial-Vorsprünge 19 ein Wälzkörper 28 vorgesehen und durch den entsprechend angepassten Käfig 44 geführt wird. Die beiden genannten Ausführungsbeispiele der 3A und 3B unterscheiden sich weiterhin darin, dass gemäß der 3A die Drehfeder 32 vorgesehen ist, um die Drehmitnahmemittel 15, 16 gegeneinander vorzuspannen, und in dem Ausführungsbeispiel gemäß 3B eine im Wesentlichen formschlüssig ineinandergreifende Ausbildung der Drehmitnahmemittel 15, 16. Wobei hier die Wälzkörper 28 beziehungsweise Kugeln 43 zum Erzeugen des Formschlusses beitragen.
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In der 3C ist ein weiteres Ausführungsbeispiel dargestellt, bei dem sich nur die Ausbildung des Käfigs sowie die radiale Erstreckung der Axial-Vorsprünge 19 zu den vorhergehenden Ausbildungen unterscheidet.
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Die 4A bis 4D zeigen weitere Ausführungsbeispiele für die Ausbildung der Drehmitnahmemittel 15, 16 sowie der Axial-Wälzkörperlager 29. Im Unterschied zu den in den 3A bis 3C dargestellten Ausführungsbeispielen der Wälzkörperlager 29 sind vorliegend die Wälzkörper 28, wie in der 1 dargestellt, als Zahnräder 30 ausgebildet, die auf einem Lagerring 45 derart drehbar gelagert angeordnet sind, dass ihre Drehachsen radial zur Rotationsachse der Nockenwelle 1 ausgerichtet sind. Während in den 4A und 4B einfache Zahnräder vorgesehen sind, zeigen die 4C und 4D Kegel-Zahnräder, die mit entsprechend ausgebildeten schräg verlaufenden Zahnstangen, die an den entsprechenden Drehmitnahmemitteln 15, 16 beziehungsweise Axial-Vorsprüngen 19 ausgebildet oder angeordnet sind, zusammenwirken. Das Ausführungsbeispiel der 4A unterscheidet sich zu dem Ausführungsbeispiel der 3A allein in der Ausbildung des Wälzkörpers 28 als Zahnrad 30. Das Ausführungsbeispiel der 4B unterscheidet sich zu dem Ausführungsbeispiel der 3B weiterhin durch eine geringere Anzahl von Axial-Vorsprüngen 19.
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Die Ausführungsbeispiele der 4C und 4D unterscheiden sich in der Ausrichtung der kegelförmigen Zahnräder 30. Während gemäß dem Ausführungsbeispiel der 4C die Zahnräder 30 sich zur Drehachse der Nockenwelle 1 hin verjüngen, sind die Zahnräder 30 gemäß dem Ausführungsbeispiel der 4D radial nach außen hin verjüngt ausgebildet. Die Axial-Vorsprünge 19 stützen sich in allen Ausführungsbeispielen zumindest im Wesentlichen radial an dem Innenring des Wälzkörperlagers 31 ab.
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Insgesamt bietet die Nockenwelle 1 in den oben beschriebenen unterschiedlichen Ausführungsformen, die selbstverständlich auch miteinander kombiniert werden können, eine kompakte axiale Bauweise, die dennoch ein axiales Verschieben der Nockenträger 3 bis 6 erlaubt, ohne hohe Reibungskräfte zu bewirken, wobei gleichzeitig ein hohes Drehmoment übertragen werden kann.
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Vorteilhafterweise umfassen die Drehmitnahmemittel 15, 16 Zentriermittel, die ein axiales Zentrieren der Nockenträger 3 bis 6 zueinander auf einfache Art und Weise ermöglichen. Vorteilhaferweise kann dies durch die Ausbildung der Axial-Vorsprünge 19 erfolgen, von denen vorzugsweise mindestens zwei, besonders bevorzugt drei oder mehr vorgesehen sind. Die Axialerstreckung der Axial-Vorsprünge 19 und/oder der Axial-Ausnehmungen 20 ist so gewählt, dass bei größter Annäherung benachbarter Nockenträger 3 bis 6 zueinander ein axialer Freigang zwischen den Nockenträgern 3 bis 6 besteht und bei größter Entfernung benachbarter Nockenträger 3 bis 6 noch ein ausreichend hohes Drehmoment über die Flanken übertragen werden und eine ausreichende Radialabstützung an dem Lagerinnenring des Wälzkörperlagers 31 erfolgen kann.
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Der Lagerinnenring des Wälzkörperlagers 31 wird vorteilhafterweise zum Mitdrehen gezwungen, indem ein Stift oder Nocken, der in eine axiale Nut in einem der Drehmitnahmemittel radial eingreift. Alternativ zu dem Wälzkörperlager 31 kann natürlich auch ein Gleitlager vorgesehen sein, das den dargestellten Lagerinnenring aufweist. Der Lagerinnenring wird vorteilhafterweise axial positioniert durch gehäusefeste oder rotierende Bordscheiben oder Bordscheiben eines Wälzlagers.
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Der vorteilhafte Ventiltrieb 2 hat den Vorteil, dass keine axial zu verschiebenden Lager und auch kein Rastsystem in einer Grundwelle vorgesehen sein müssen. Ebenso können Axiallager entfallen und der Bauraumbedarf insgesamt verkleinert werden. Einzelteile sind insbesondere im Vergleich zu einer Grundwelle mit einer durchgehenden Verzahnung sehr viel einfacher und kostengünstiger herstellbar. Auch erfolgt die Montage vergleichsweise einfach. Schließlich ist eine einfache Schmiermittelversorgung möglich. Durch Ineinandergreifen der Drehmitnahmemittel 15, 16 entsteht für jeden Nockenträger 3 bis 6 zusätzlich nutzbare axiale Baulänge. Es wird eine besonders einfache und robuste Konstruktion der Nockenwelle 1 beziehungsweise des Ventiltriebs 2 geboten.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Nockenwelle
- 2
- Ventiltrieb
- 3
- Nockenträger
- 4
- Nockenträger
- 5
- Nockenträger
- 6
- Nockenträger
- 7
- Nocken
- 8
- Nocken
- 9
- Nocken
- 10
- Nut
- 11
- Drei-Stift-Aktuator
- 12
- Drei-Stift-Aktuator
- 13
- Drei-Stift-Aktuator
- 14
- Drei-Stift-Aktuator
- 15
- Drehmitnahmemittel
- 16
- Drehmitnahmemittel
- 17
- Klauenprofil
- 18
- Klauenprofil
- 19
- Axial-Vorsprung
- 20
- Axial-Ausnehmung
- 21
- Ende
- 22
- Antriebsstück
- 23
- Ende
- 24
- Endstück
- 25
- Zahnrad/Kettenrad
- 26
- Verstelleinrichtung
- 27
- Freiraum
- 28
- Wälzkörper
- 29
- Axial-Wälzkörperlager
- 30
- Zahnrad
- 31
- Wälzkörperlager
- 32
- Drehfeder
- 33
- Drehstabfeder
- 34
- Durchbruch
- 35
- Durchbohrung
- 36
- Durchbruch
- 37
- Durchbruch
- 38
- Drehmitnahmeelemente
- 39
- Innenverzahnung
- 40
- Drehmitnahmeelemente
- 41
- Außenverzahnung
- 42
- Pfeil
- 43
- Kugel
- 44
- Käfig
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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