DE102011109256A1

DE102011109256A1 - Ventiltrieb einer Brennkraftmaschine, Brennkraftmaschine sowie Verfahren zur Herstellung eines entsprechenden Ventiltriebs

Info

Publication number: DE102011109256A1
Application number: DE102011109256A
Authority: DE
Inventors: Rüdiger Zeidler
Original assignee: Audi AG
Current assignee: Audi AG
Priority date: 2011-08-02
Filing date: 2011-08-02
Publication date: 2013-02-07
Anticipated expiration: 2031-08-03
Also published as: CN103732867B; US20140174389A1; DE102011109256B4; US9255496B2; EP2739830B1; EP2739830A1; WO2013017270A1; CN103732867A

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Ventiltrieb (1) einer Brennkraftmaschine, mit wenigstens einer Grundnockenwelle (2), auf der drehfest und axial verschiebbar ein wenigstens einen Ventilbetätigungsnocken (8) aufweisender Nockenträger (3) vorgesehen ist, wobei der Nockenträger (3) über ein rohrförmiges, die Grundnockenwelle (2) wenigstens bereichsweise aufnehmendes Grundelement (4) verfügt, auf dem zumindest ein Nockenelement (6) des Nockenträgers (3), insbesondere der Ventilbetätigungsnocken (8) angeordnet ist. Dabei ist vorgesehen, dass zwischen dem Grundelement (4) und dem Nockenelement (6) wenigstens ein Drehmoment überfragendes Verbindungselement (12) angeordnet ist. Die Erfindung betrifft weiterhin eine Brennkraftmaschine mit wenigstens einem Ventiltrieb (1) sowie ein Verfahren zur Herstellung eines Ventiltriebs (1).

Description

Die Erfindung betrifft einen Ventiltrieb einer Brennkraftmaschine, mit wenigstens einer Grundnockenwelle, auf der drehfest und axial verschiebbar ein wenigstens einen Ventilbetätigungsnocken aufweisender Nockenträger vorgesehen ist, wobei der Nockenträger über ein rohrförmiges, die Grundnockenwelle wenigstens bereichsweise aufnehmendes Grundelement verfügt, auf dem zumindest ein Nockenelement des Nockenträgers, insbesondere der Ventilbetätigungsnocken, angeordnet ist. Die Erfindung betrifft weiterhin eine Brennkraftmaschine sowie ein Verfahren zur Herstellung eines Ventiltriebs.
Ventiltriebe der eingangs genannten Art sind aus dem Stand der Technik bekannt. Sie werden für Brennkraftmaschinen eingesetzt, bei welchen das Arbeitsspiel von Gaswechselventilen einzelner Zylinder der Brennkraftmaschine zur Verbesserung der thermodynamischen Eigenschaft beeinflusst werden kann. Der mindestens eine Nockenträger, welcher auch als Nockenstück bezeichnet werden kann, ist drehfest und axial verschiebbar auf der Grundnockenwelle angeordnet. Die Verschiebung des Nockenträgers in axialer Richtung erfolgt mit Hilfe einer Stelleinrichtung, die eine Schaltkulisse auf dem Nockenträger und einen ortsfest angeordneten Aktuator, üblicherweise in einem Zylinderkopf der Brennkraftmaschine, umfasst. Der Aktuator verfügt über einen ausfahrbaren Mitnehmer, der sich mit einer schrauben- beziehungsweise spiralförmigen Nut der Schaltkulisse in Eingriff bringen lässt. Dem Nockenträger ist der wenigstens eine Ventilbetätigungsnocken zugeordnet. Dieser weist eine Exzentrizität auf, welche der Betätigung eines Gaswechselventils der Brennkraftmaschine bei einem bestimmten Drehwinkel der Grundnockenwelle dient. Der Ventilbetätigungsnocken läuft demnach gemeinsam mit der Grundnockenwelle um, sodass das Gaswechselventil der Brennkraftmaschine zumindest einmal pro Umdrehung von dem Ventilbetätigungsnocken beziehungsweise dessen Exzentrizität betätigt wird. Der Ventilbetätigungsnocken wirkt dazu vorzugsweise mit einem Rollenschlepphebel des Gaswechselventils zusammen, indem er mit diesem in Anlagekontakt tritt.
Vorzugsweise sind mehrere Ventilbetätigungsnocken vorgesehen, welche unterschiedlichen Nockengruppen zugeordnet sein können. Die Ventilbetätigungsnocken können sich nun in der Winkellage, der Erstreckung in radialer Richtung und/oder in Umfangsrichtung ihrer Exzentrizität unterscheiden. Durch das axiale Verschieben des Nockenträgers kann dieser in wenigstens zwei, beispielsweise in eine erste und eine zweite Stellposition gebracht werden. In der ersten Stellposition wird das Gaswechselventil von einem ersten der Ventilbetätigungsnocken und in der zweiten Stellposition von einem zweiten der Ventilbetätigungsnocken betätigt, welche derselben Nockengruppe zugeordnet sind. Durch die Verlagerung des Nockenträgers können somit insbesondere der Öffnungszeitpunkt, die Öffnungsdauer und/oder der Hub des Gaswechselventils, insbesondere in Abhängigkeit von einem Betriebszustand der Brennkraftmaschine, auswählen.
Aus dem Stand der Technik bekannte Nockenträger sind einstückig ausgebildet und werden aus einem metallischen Vollmaterial gefertigt, das verschiedenen Fertigungsschritten unterzogen wird. Die Fertigungsschritte umfassen beispielsweise ein Räumen einer Innenverzahnung des Nockenträgers, ein Schleifen oder Abdrehen von zylindrischen, zur Drehlagerung dienenden Abschnitten des Nockenträgers, eine Elektronenstrahlhärtung einer Oberfläche des Ventilbetätigungsnocken, sowie eine Gasnitrierung von Oberflächen im Bereich der Schaltkulisse. Diese Fertigungsschritte verursachen einen nicht unbeträchtlichen Aufwand und damit Kosten. Außerdem sind zur Lagerung der bekannten Nockenträger im Zylinderkopf der Brennkraftmaschine geteilte Lager mit zwei Lagerschalen beziehungsweise Lagerschalenhälften erforderlich, was einerseits einen zusätzlichen Fertigungs- und Montageaufwand und andererseits erhöhte Reibungsverluste im Falle einer unvollkommenen Paarung der beiden Lagerschalen oder Lagerschalenhälften verursacht.
Um den Fertigungsaufwand zu verringern, kann der Nockenträger modular aufgebaut sein und zu diesem Zweck aus dem Grundelement und dem wenigstens einen Nockenelement bestehen. Das Grundelement ist im Wesentlichen rohrförmig und nimmt die Grundnockenwelle wenigstens bereichsweise auf. Dazu umgreift es die Grundnockenwelle in Umfangsrichtung wenigstens bereichsweise, vorzugsweise vollständig. Das Grundelement weist bevorzugt eine Innenverzahnung auf, welche in eine Außenverzahnung der Grundnockenwelle zum drehfesten Halten des Grundelements an der Grundnockenwelle eingreift. Das Grundelement kann komplett mit Innenverzahnung als Profil gezogen werden und ist so einfach und kostengünstig herstellbar. Auf dem Grundelement wird das wenigstens eine Nockenelement angeordnet. Das Nockenelement ist insbesondere als Nockenscheibe ausgebildet. Beispielsweise liegt der Ventilbetätigungsnocken als Nockenelement vor. Das Nockenelement kann alternativ jedoch auch ein anderes Element, beispielsweise die Schaltkulisse, ein Abstandshalter oder ein Arretierelement sein. Des Nockenelement besteht bevorzugt aus Wälzlagerstahl, welches (fein)gestanzt und geschliffen beziehungsweise auf seiner Innenseite geräumt wird.
Gleiche beziehungsweise gleichartige Nockenelemente können gemeinsam geschliffen beziehungsweise geräumt werden, was eine effiziente und kostengünstige Herstellung erlaubt.
Beispielsweise ist aus der DE 10 2009 022 657 A1 eine Nockenwelle für eine Brennkraftmaschine bekannt. Diese besteht aus einer Grundwelle, die mindestens eine Außenverzahnung aufweist, und mindestens einem wenigstens eine mit der Außenverzahnung zusammenwirkende Innenverzahnung aufweisenden, axial auf der Grundwelle verschieblich gelagerten Nockenträger. Dabei soll die Außenverzahnung beziehungsweise die Innenverzahnung aus Kunststoff gefertigt sein, wobei der Nockenträger aus Kunststoff um die Nockenelemente gespritzt ist. Auch hier wird demnach bereits ansatzweise ein modularer Aufbau des Nockenträgers und der Nockenelemente beschrieben. Allerdings ist der Herstellungsaufwand weiterhin sehr hoch.
Es ist daher Aufgabe der Erfindung, einen Ventiltrieb einer Brennkraftmaschine vorzuschlagen, welcher die eingangs genannten Nachteile nicht aufweist, sondern insbesondere einfach und kostengünstig herstellbar ist und gleichzeitig eine gute Dauerbetriebsfestigkeit aufweist.
Dies wird erfindungsgemäß mit einem Ventiltrieb mit den Merkmalen des Anspruchs 1 erreicht. Dabei ist vorgesehen, dass zwischen dem Grundelement und dem Nockenelement wenigstens ein Drehmoment übertragendes Verbindungselement angeordnet ist. Es ist also gerade nicht, wie aus dem Stand der Technik bekannt, vorgesehen, dass der Nockenträger um das Nockenelement gespritzt ist, wodurch eine Befestigung des Nockenelements an diesem erreicht wird. Vielmehr soll zwischen dem Grundelement und dem auf diesem angeordneten Nockenelement das Verbindungselement vorliegen, welches das Nockenelement zumindest in Umfangsrichtung gegenüber dem Grundelement festsetzt und damit eine zuverlässige Drehmomentübertragung von dem Grundelement auf das Nockenelement gewährleistet. Das Verbindungselement ist dabei bevorzugt ein Sinterelement, welches gehärtet beziehungsweise durchgehärtet ist. Der erfindungsgemäße Ventiltrieb hat den Vorteil, dass er modular aufgebaut ist, sodass seine einzelnen Bestandteile, also Grundnockenwelle und Nockenträger beziehungsweise Grundelement sowie Nockenelement aus einem entsprechend der jeweiligen Belastung gewählten Material bestehen können. Bei der Herstellung können zudem materialspezifische Fertigungsverfahren gewählt werden. Für jedes der Elemente des Ventiltriebs kann somit das jeweils vorteilhafteste Material zum Einsatz kommen. Der modulare Charakter des Ventiltriebs kommt insbesondere bei einer Ausführungsform zum Tragen, bei welcher das Nockenelement auf das Grundelement aufsteckbar ist.
Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass das Verbindungselement wenigstens bereichsweise in eine Halteöffnung des Grundelements eingreift und zumindest in Umfangsrichtung, insbesondere zusätzlich in axialer Richtung, formschlüssig in dieser gehalten ist. Das Grundelement weist demnach die Halteöffnung auf. Diese liegt bevorzugt in einem Mantel beziehungsweise einer Mantelfläche des rohrförmigen Grundelements vor beziehungsweise durchgreift diese. Das Verbindungselement greift nun wenigstens bereichsweise in die Halteöffnung ein, wobei das Verbindungselement und die Halteöffnung derart formangepasst sind, dass zumindest ein formschlüssiges Halten des Verbindungselements in Umfangsrichtung realisiert ist. Die Halteöffnung ist bevorzugt als sich in axialer Richtung erstreckendes Langloch ausgebildet. Vorzugsweise ist das Verbindungselement auch in axialer Richtung formschlüssig in der Halteöffnung ortsfest gehalten. Es kann jedoch auch vorgesehen sein, dass die Halteöffnung eine Verlagerung des Verbindungselements in axialer Richtung in gewissem Umfang zulässt. Insbesondere ist es vorgesehen, dass lediglich ein Haltebereich des Verbindungselements in der Halteöffnung angeordnet ist, während ein Stützbereich des Verbindungselements auf einer Wandung des Grundelements, insbesondere dessen Mantel beziehungsweise Mantelfläche, aufliegt und in radialer Richtung über das Grundelement übersteht. Zumindest der Stützbereich kann dabei im Wesentlichen quaderförmig ausgebildet sein. Insbesondere ist die dem Grundelement zugewandte Seite des Stützbereichs an das Grundelement formangepasst, so dass es im Wesentlichen flächig an diesem anliegt. Durch das Zusammenwirken der Halteöffnung und des Verbindungselements ist letzteres bezüglich einer Drehachse der Grundnockenwelle drehfest an dem Grundelement festgesetzt.
Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass das Verbindungselement wenigstens bereichsweise in eine Fixieröffnung des Nockenelements eingreift und in dieser in Umfangsrichtung ortsfest, insbesondere in axialer Richtung beweglich, gelagert ist. Die Fixieröffnung ist demnach ebenso wie die Halteöffnung des Grundelements derart an das Verbindungselement formangepasst, dass ein formschlüssiges Halten des Nockenelements in Umfangsrichtung realisiert ist. Über das Verbindungselement ist demnach das Nockenelement drehfest mit dem Grundelement verbunden. Dabei kann es vorgesehen sein, dass das Nockenelement trotz der in Umfangsrichtung ortsfesten Lagerung in axialer Richtung beweglich ist. Dies wird insbesondere erreicht, indem die Fixieröffnung das Nockenelement in axialer Richtung vollständig durchgreift. Auf diese Weise wird ein Aufstecken des Nockenelements bei einer Montage des Ventiltriebs möglich. Das Nockenelement ist insoweit auf den Nockenträger aufschiebbar. Wie vorstehend bereits erläutert, besteht das Verbindungselement vorteilhafterweise aus dem Haltebereich und einem Stützbereich. Während der Haltebereich in die Halteöffnung des Grundelements eingreift, soll der Stützbereich wenigstens teilweise in die Fixieröffnung des Nockenelements eingreifen. Das Verbindungselement greift somit in radialer Richtung sowohl in das Grundelement als auch das Nockenelement ein.
Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass mehrere Nockenelemente vorgesehen sind, welche durch Berührkontakt mit benachbarten Nockenelementen in axialer Richtung festgesetzt sind. Es ist also nicht vorgesehen, dass die einzelnen Nockenelemente mittels separater Befestigungsmittel in axialer Richtung an dem Grundelement befestigt sind. Vielmehr sollen sie derart zueinander angeordnet sein, dass sie in axialer Richtung unverlagerbar sind. Endseitig des Nockenträgers beziehungsweise des Grundelements angeordnete Nockenelemente sind zu diesem Zweck beispielsweise als Arretierelemente ausgebildet. Die Arretierelemente sind in axialer Richtung bezüglich des Grundelements ortsfest gehalten, womit auch die weiteren Nockenelemente in axialer Richtung festgesetzt sind. Das Arretierelement Ist beispielsweise ein gehärtetes Sinterelement.
Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass – in Umfangsrichtung gesehen – das Grundelement nur eine einzige Halteöffnung und/oder das Nockenelement nur eine einzige Fixieröffnung aufweisen. In Umfangsrichtung sind also nicht mehrere Halteöffnungen beziehungsweise mehrere Fixieröffnungen nebeneinander angeordnet. Liegen mehrere Halteöffnungen beziehungsweise Fixieröffnungen vor, so sind diese in axialer Richtung versetzt und bevorzugt voneinander beabstandet. Alternativ können selbstverständlich auch in Umfangsrichtung mehrere Halteöffnungen beziehungsweise Fixieröffnungen – jeweils mit darin angeordnetem Verbindungselement – vorgesehen sein. Vorzugsweise sind die Halteöffnungen und Fixieröffnungen in diesem Fall gleichmäßig über den Umfang des Grundelements beziehungsweise des Nockenelements verteilt. Insbesondere liegen jeweils zwei der Halte- beziehungsweise Fixieröffnungen einander diametral gegenüber.
Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass das Verbindungselement eine Haltevorrichtung zur axialen Festsetzung des Nockenträgers bezüglich der Grundnockenwelle zumindest mit ausbildet, insbesondere indem die Halteöffnung eine Wandung des Grundelements in radialer Richtung vollständig durchgreift. Die Haltevorrichtung dient dem Halten des Nockenträgers in axialer Richtung bezüglich der Grundnockenwelle. Die Axialfestsetzung muss dabei jedoch nicht permanent vorliegen. Beispielsweise kann es vorgesehen sein, dass die Haltevorrichtung eine axiale Verlagerung zwischen mindestens zwei Axialpositionen zulässt. Dabei kann die Haltevorrichtung insbesondere derart ausgebildet sein, dass zum Verlassen einer der Axialpositionen eine ausreichend grolle Kraft in axialer Richtung auf den Nockenträger aufgebracht werden muss. Erst bei Aufbringen dieser Kraft wird der Nockenträger aus seiner momentanen Axialposition herausverlagert und nimmt die benachbarte Axialposition ein. Prinzipiell kann eine beliebige Anzahl derartiger Axialpositionen vorgesehen sein. Übliche Ausgestaltungen des Ventiltriebs weisen jedoch lediglich zwei oder drei Axialpositionen auf.
Die Haltevorrichtung kann insbesondere als Rastvorrichtung ausgebildet sein, wobei in einer Radialausnehmung der Grundnockenwelle ein Rastelement vorgesehen ist. Das Rastelement kann beispielsweise elastisch oder von einem Federelement federkraftbeaufschlagt sein, sodass es in Richtung des Verbindungselements gedrängt wird. Das Verbindungselement weist wenigstens eine Rastausnehmung auf, in welche das Restelement rastend eingreifen kann. Dabei ist eine der Anzahl der gewünschten Axialpositionen des Nockenträgers entsprechende Anzahl Rastausnehmungen vorgesehen, die in axialer Richtung voneinander beabstandet an dem Verbindungselement vorliegen. Somit kann der Nockenträger in axialer Richtung bezüglich der Grundnockenwelle verlagert werden, wobei bei einer solchen Verlagerung jedes Mal die Rastkraft der Rastvorrichtung überwunden werden muss. Wird keine Kraft aufgebracht beziehungsweise ist die aufgebrachte Kraft kleiner als die Rastkraft der Rastvorrichtung, so verbleibt der Nockenträger in seiner momentanen Axialposition und ist in dieser zuverlässig gehalten. Zu diesem Zweck ist es vorzugsweise vorgesehen, dass die Halteöffnung die Wandung des Grundelements in radialer Richtung vollständig durchgreift, sodass das Rastelement durch die Halteöffnung hindurch in Rastverbindung mit dem Verbindungselement treten kann.
Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass mehrere Verbindungselemente in axialer Richtung beabstandet zueinander, insbesondere an derselben Umfangsposition, vorgesehen sind, wobei zwischen jeweils zwei der Verbindungselemente ein Nockenwellenlager, insbesondere eine ungeteilte Lagerschale des Nockenwellenlagers, unmittelbar auf dem Grundelement aufsitzt. Das Nockenwellenlager beziehungsweise dessen Lagerschale weisen also nicht wie das Nockenelement eine Fixieröffnung auf. Vielmehr sitzen sie unmittelbar und vorzugsweise vollflächig auf dem Grundelement auf. Darunter Ist zu verstehen, dass des Nockenwellenlager beziehungsweise die Lagerschale in Berührkontakt zu dem Grundelement steht. Auf diese Weise wird eine gleichmäßige Aufprägung der Lagerkräfte auf das Grundelement beziehungsweise das Nockenwellenlager erreicht. Das Nockenwellenlager beziehungsweise die Lagerschale ist in axialer Richtung von den Verbindungselementen eingefasst oder zumindest zu einem Verbindungselement benachbart angeordnet. Dabei kann es vorgesehen sein, dass die Verbindungselemente und/oder die auf diesem angeordnete Nockenelemente mit dem Nockenwellenlager in Berührkontakt treten, sodass dieses in axialer Richtung bezüglich des Grundelements festgelegt ist. Von Vorteil ist es dabei, wenn die Verbindungselemente an derselben Umfangsposition an dem Grundelement vorgesehen sind. Die Verbindungselemente können jedoch auch verschiedene, insbesondere wechselnde, Umfangspositionen aufweisen.
Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass das Nockenwellenlager von benachbarten Verbindungselementen und/oder Nockenelementen in axialer Richtung ortsfest gehalten ist. Wie bereits vorstehend ausgeführt, sind vorzugsweise beidseitig des Nockenwellenlagers Verbindungselemente vorgesehen. Diese Verbindungselemente dienen der drehfesten Anordnung von Nockenelementen auf dem Grundelement. Die Verbindungselemente beziehungsweise die Nockenelemente sollen nun derart bezüglich des Nockenwellenlagers angeordnet sein, dass sie dieses in axialer Richtung ortsfest halten, insbesondere durch Berührkontakt. Die Verbindungselemente und/oder die Nockenelemente liegen also in axialer Richtung derart an dem Nockenwellenlager an, dass dieses in axialer Richtung unverschieblich ist.
Die Erfindung betrifft weiterhin eine Brennkraftmaschine mit wenigstens einem Ventiltrieb, insbesondere gemäß den vorstehenden Ausführungen, der über wenigstens eine Grundnockenwelle verfügt, auf der drehfest und axial verschiebbar ein wenigstens ein Ventilbetätigungsnocken aufweisender Nockenträger vorgesehen ist, wobei der Nockenträger über ein rohrförmiges, die Grundnockenwelle wenigstens bereichsweise aufnehmendes Grundelement verfügt, auf dem zumindest ein Nockenelement des Nockenträgers, insbesondere der Ventilbetätigungsnocken, angeordnet ist. Dabei ist vorgesehen, dass zwischen dem Grundelement und dem Nockenelement wenigstens ein Drehmoment übertragendes Verbindungselement angeordnet ist. Der Ventiltrieb kann gemäß den vorstehenden Ausführungen weitergebildet sein. Grundsätzlich sei noch einmal hervorgehoben, dass der Ventiltrieb über eine beliebige Anzahl von Nockenträgern verfügen kann, welche axial verschiebbar auf der Grundnockenwelle angeordnet sind. Jeder Nockenträger verfügt dabei vorzugsweise über eine Vielzahl an Nockenelementen, wobei zwei der Nockenelemente als Arretierelemente und ein weiteres der Nockenelemente als Schaltkulisse vorliegen können. Die weiteren Nockenelemente sind insbesondere als Ventilbetätigungsnocken ausgebildet.
Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zur Herstellung eines Ventiltriebs, vorzugsweise gemäß den vorstehenden Ausführungen, wobei folgende Schritte durchgeführt werden: Bereitstellen eines Grundelements, Herstellen wenigstens einer Halteöffnung in dem Grundelement, Einlegen eines Drehmoment übertragenden Verbindungselements in die Halteöffnung, und Aufschieben wenigstens eines Nockenelements, insbesondere eines Ventilbetätigungsnockens, über das Verbindungselement. Die Halteöffnung wird dabei bevorzugt derart ausgebildet, dass sie eine Wandung beziehungsweise einen Mantel des Grundelements, welches im Wesentlichen rohrförmig ist, vollständig durchgreift. Der Ventiltrieb ist grundsätzlich gemäß den vorstehenden Ausführungen ausgebildet.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert, ohne dass eine Beschränkung der Erfindung erfolgt. Dabei zeigen:
1 eine Darstellung eines Bereichs eines Ventiltriebs einer Brennkraftmaschine, wobei ein Nockenträger gezeigt ist, welcher aus einem Grundelement besteht, auf dem zumindest ein Nockenelement des Nockenträgers angeordnet ist,
2 eine Seitenschnittansicht eines Bereichs des Ventiltriebs in einer ersten Ausführungsform,
3 eine Seitenschnittansicht des Ventiltriebs in einer zweiten Ausführungsform,
4 des Grundelement des Nockenträgers,
5 zwei Verbindungselemente, welche in eine Halteöffnung des Grundelements einbringbar sind,
6 eine Explosionsdarstellung eines Bereichs des Ventiltriebs, wobei des Grundelement, die Verbindungselemente, mehrere Nockenelemente und ein Nockenwellenlager dargestellt sind, und
7 der aus der 6 bekannte Bereich des Ventiltriebs in fertig montiertem Zustand.
Die 1 zeigt einen Bereich eines Ventiltriebs 1 einer nicht dargestellten Brennkraftmaschine. Der Ventiltrieb 1 besteht aus einer hier nicht dargestellten Grundnockenwelle 2 und einem axial auf dieser verschiebbaren Nockenträger 3. Der Nockenträger 3 besteht aus einem Grundelement 4, welches im Wesentlichen rohrförmig ist und die Grundnockenwelle 2 wenigstens bereichsweise aufnimmt. Dabei verfügt das Grundelement 4 über eine Innenverzahnung 5, welches mit einer Außenverzahnung der Grundnockenwelle 2 zusammenwirkt, um den Nockenträger 3 drehfest, jedoch axial verschiebbar, auf der Grundnockenwelle 2 zu halten. Neben dem Grundelement 4 weist der Nockenträger 3 mehrere Nockenelemente 6 auf. Dabei ist eines der Nockenelemente 6 als Schaltkulisse 7 und weitere der Nockenelemente 6 als Ventilbetätigungsnocken 8 ausgebildet. Die endseitig des Nockenträgers 3 vorliegende Nockenelemente 6 können gleichzeitig als Arretierelemente 9 vorliegen.
Die Schaltkulisse 7 ist Bestandteil einer hier nicht näher dargestellten Stelleinrichtung, mit deren Hilfe der Nockenträger 3 auf der Grundnockenwelle 2 in axialer Richtung verlagerbar ist. Zu diesem Zweck weist die Schaltkulisse 7 eine Nut 10 auf, weiche wenigstens bereichsweise schraubenförmig ausgebildet ist und mit welcher ein Aktuator mit der Stelleinrichtung zusammenwirkt. Der Aktuator verfügt zu diesem Zweck beispielsweise über einen ausfahrbaren Mitnehmer, der sich mit der Nut 10 der Schaltkulisse 7 in Eingriff bringen lässt. Durch dieses Ineingriffbringen wird in Abhängigkeit von einer momentan vorliegenden Axialposition des Nockenträgers 3 bezüglich der Grundnockenwelle 2 eine Verlagerung des Nockenträgers 3 in die eine oder die andere Richtung in axialer Richtung bewirkt.
Die Ventilbetätigungsnocken 8 dienen der Betätigung von nicht dargestellten Gaswechselventilen. Zu diesem Zweck wirken sie beispielsweise mit einem Rollenschlepphebel des jeweiligen Gaswechselventils durch Anlagekontakt zusammen. Es ist erkennbar, dass die hier dargestellten Ventilbetätigungsnocken 8 exzentrisch sind, wobei die Exzentrizitäten an unterschiedlichen Winkelpositionen vorliegen beziehungsweise unterschiedliche Erstreckungen in Radialrichtung und/oder Umfangsrichtung aufweisen. Je nachdem, mit welchen Ventilbetätigungsnocken 8 das Gaswechselventil betätigt wird, stellt sich somit ein entsprechender Hub, Öffnungszeitpunkt und/oder Öffnungsdauer des Gaswechselventils ein. Durch axiale Verlagerung des Nockenträgers 3 kann das Gaswechselventil von unterschiedlichen Ventilbetätigungsnocken 8 betätigbar sein. Beispielsweise wird der Nockenträger 3 in Abhängigkeit von einem Betriebszustand der Brennkraftmaschine verlagert, sodass stets derjenige Ventilbetätigungsnocken 8 mit dem Gaswechselventil zu dessen Betätigung zusammenwirkt, mit welchem beispielsweise ein optimaler Wirkungsgrad beziehungsweise eine optimale Leistung der Brennkraftmaschine erzielbar ist.
Die endseitig des Nockenträgers 3 vorgesehenen Arretierelemente 9 sind derart an dem Nockenträger 3 befestigt, dass sie in axialer Richtung an diesem gehalten sind. Bevorzugt sind die weiteren Nockenelemente 6 lediglich auf das Grundelement 4 aufgesteckt. Sie werden insoweit mittels der Arretierelemente 9 in axialer Richtung auf dem Nockenträger 3 gehalten. Zwischen zwei der Nockenelemente 6 liegt eine Lagerschale 11 vor, welche Bestandteil eines Nockenwellenlagers ist. Auch die Lagerschale 11 ist lediglich, ebenso wie die Nockenelemente 6, auf das Grundelement 4 aufgesteckt und wird in axialer Richtung von den jeweils benachbarten Nockenelementen 6 beziehungsweise den Arretierelementen 9 in axialer Richtung gehalten. Die Lagerschale 11 ist bevorzugt einstückig, also ungeteilt, ausgebildet.
Um die Nockenelemente 6 auch in Umfangsrichtung bezüglich des Grundelements 4 beziehungsweise der Grundnockenwelle 2 zu halten, also drehfest mit diesem zu verbinden, ist zwischen dem Grundelement 4 und den Nockenelementen 6 mindestens ein Verbindungselement 12 angeordnet. Dieses ist drehmomentübertragend ausgebildet, ist also sowohl drehfest mit dem Grundelement als auch mit den Nockenelementen 6 verbunden.
Die 2 zeigt eine Seitenschnittansicht eines Bereichs des Ventiltriebs 1. Hier ist nun auch die Grundnockenwelle 2 erkennbar, auf welcher der Nockenträger 3 drehfest und axial verschiebbar angeordnet ist. Es wird nun deutlich, dass auf dem Nockenträger 3 zwei Nockengruppen 13 und 14 vorgesehen sind. Zu der ersten Nockengruppe 13 gehören die drei Ventilbetätigungsnocken 8, welche auf der linken Seite des Nockenträgers 3 angeordnet sind, während der Nockengruppe 14 die drei auf der rechten Seite angeordneten Ventilbetätigungsnocken 8 angehören. Die Nockenelemente 6, welche unmittelbar benachbart zu der Lagerschale 11 vorliegen, können alternativ auch als Abstandshalter 15 ausgebildet sein, welche die Ventilbetätigungsnocken 8 der Nockengruppen 13 und 14 von der Lagerschale 11 in axialer Richtung beabstanden. Unter der axialen Richtung ist dabei eine Richtung parallel zu der Längsachse 16 der Grundnockenwelle 2 zu verstehen.
In der Darstellung der 2 ist erkennbar, dass zwei in axialer Richtung voneinander beabstandete Verbindungselemente 12 vorliegen. Alternativ können auch nur ein einziges Verbindungselement 12 vorgesehen oder mehr als zwei Verbindungselemente 12 auf dem Grundelement 4 angeordnet sein. Die Verbindungselemente 12 greifen in Halteöffnungen 17 des Grundelements 4 ein. Die Halteöffnungen 17 durchgreifen dabei einen Mantel 18 des Grundelements 4 in radialer Richtung vollständig. Die Halteöffnungen 17 sind derart auf das jeweilige Verbindungselement 12 formangepasst, dass dieses sowohl in Umfangsrichtung als auch in axialer Richtung formschlüssig in der entsprechenden Halteöffnung 17 gehalten ist. Die Halteöffnungen 17 umgeben also wenigstens einen Bereich des jeweiligen Verbindungselements 12 derart, dass dieses in Umfangsrichtung und in axialer Richtung festgesetzt ist. Auf der der Halteöffnung 17 gegenüberliegenden Seite des Verbindungselements 12 sind Fixieröffnungen 19 der Nockenelemente 6 vorgesehen. Die Verbindungselemente 12 greifen auch in diese jeweils ein. Die Verbindungselemente 12 erstrecken sich somit in radialer Richtung ausgehend von den Halteöffnungen 17 bis in die Fixieröffnungen 19.
Die Fixieröffnungen 19 durchgreifen die Nockenelemente 6 in axialer Richtung vollständig, sodass trotz der Verbindungselemente 12 ein Aufschieben der Nockenelemente 6 auf das Grundelement 4 möglich ist. Die Verbindungselemente 12 sorgen somit lediglich für ein Festsetzen der Nockenelemente 6 bezüglich des Grundelements 4 in Umfangsrichtung. Bevorzug bestehen die Verbindungselemente 12 jeweils aus einem Haltebereich 20 und einem Stützbereich 21. Der Haltebereich 20 liegt dabei im Wesentlichen vollständig in der Halteöffnung 17 vor, während der Stützbereich 21 auf dem Mantel 18 beziehungsweise der Mantelfläche aufliegt und wenigstens bereichsweise in die jeweilige Fixieröffnung 19 eingreift. Somit sind die Verbindungselemente 12 zur Drehmomentübertragung zwischen dem Grundelement 4 und den Nockenelementen 6 ausgebildet.
Zumindest eines der Verbindungselemente 12 bildet überdies eine Haltevorrichtung 22 zur Axialfestsetzung des Nockenträgers 3 bezüglich der Grundnockenwelle 2 mit aus. Die Haltevorrichtung 22 ist in dem hier vorliegenden Fall als Rastvorrichtung ausgebildet, wobei in einer Radialausnehmung 23 der Grundnockenwelle 2 ein Rastelement 24 – welches hier kugelförmig ist – vorgesehen ist. Das Rastelement 24 wird von einem Federelement 25 in Richtung des Verbindungselements 12 gedrängt. Das Verbindungselement 12 weist in der hier dargestellten Ausführungsform drei Rastausnehmungen 26 auf, in welche das Rastelement 24 rastend eingreifen kann. Der hier dargestellte Ventiltrieb 1 ist dreifach verstellbar, der Nockenträger 3 ist demnach in drei verschiedene Axialpositionen bezüglich der Grundnockenwelle 2 bringbar. Auf diese Weise kann der Nockenträger 3 in axialer Richtung bezüglich der Grundnockenwelle 2 verlagert werden, wobei bei jeder Verlagerung die Rastkraft der Haltevorrichtung 22 überwunden werden muss.
Die 3 zeigt eine weitere Ausführungsform des Ventiltriebs 1. Diese entspricht im Wesentlichen der anhand der 2 beschriebenen, sodass insoweit auf die vorstehenden Ausführungen verwiesen wird. Der Unterschied liegt darin, dass der hier dargestellte Nockenträger 3 lediglich 2-fach verstellbar ist, sodass lediglich zwei Rastausnehmungen 26 an dem Verbindungselement 12 vorgesehen sind. Zudem sind jeder Nockengruppe 13 und 14 lediglich zwei Ventilbetätigungsnocken 8 zugeordnet.
Die 4 zeigt das Grundelement 4 des Nockenträgers 3. Deutlich ist hier die Innenverzahnung 5 zur Herstellung der drehfesten Verbindung mit der Grundnockenwelle 2 (hier nicht dargestellt) zu erkennen. In dem Grundelement 4 liegen die Halteöffnungen 17 vor, welche langlochartig sind und sich dabei in axialer Richtung erstrecken beziehungsweise in diese Richtung die größere Erstreckung aufweisen.
Die 5 zeigt die Verbindungselemente 12, wobei deutlich wird, dass diese aus dem Haltebereich 20 und dem Stützbereich 21 bestehen. An dem rechten der Verbindungselemente 12 sind zudem die Rastausnehmungen 26 zu erkennen.
Die 6 zeigt eine Explosionsdarstellung des Nockenträgers 3 beziehungsweise der zu diesem gehörenden Elemente. Dabei sind die Verbindungselemente 12 bereits an dem Grundelement 4 angeordnet. Zwischen den beiden Verbindungselementen 12 liegt die Lagerschale 11 vor. Durch Anordnung zwischen den beiden Verbindungselementen 12 ist sie in axialer Richtung bezüglich des Nockenträgers 3 festgelegt. Neben dem Grundelement 4 und der Lagerschale 11 sind vier Ventilbetätigungsnocken 8 und die Schaltkulisse 7 dargestellt.
Die Montage des Nockenträgers 3 erfolgt üblicherweise wie folgt: Zunächst wird die Lagerschale 11 auf das Grundelement 4 aufgebracht. Anschließend werden die Verbindungselemente 12 beidseitig der Lagerschale 11 angeordnet. Anschließend werden zwei der Ventilbetätigungsnocken 8 links der Lagerschale 11 und zwei weitere der Betätigungsnocken 8 rechts der Lagerschale 11 derart auf das Grundelement 4 aufgeschoben, dass die Fixieröffnungen 19 der Ventilbetätigungsnocken 8 einen Teil der Verbindungselemente 12, insbesondere deren Stützbereich 21, umgreifen. Rechts der Lagerschale 11 wird anschließend die Schaltkulisse 7 ebenfalls derart auf das Grundelement 4 aufgebracht, dass ihre Fixieröffnung 19 mit dem Verbindungselement 12 zusammenwirkt. Anschließend werden die endseitigen Nockenelemente 6, also in diesem Fall eines der Ventilbetätigungsnocken 8 sowie die Schaltkulisse 7, in axialer Richtung an dem Grundelement 4 festgesetzt. Auf diese Weise sind auch die weiteren Nockenelemente 6 sowie die Lagerschale 11 in axialer Richtung sicher gehalten.
Die 7 zeigt den Nockenträger 3 nach erfolgter Montage. Die einzelnen Elemente entsprechen den anhand der 6 beschriebenen, sodass insoweit auf die vorstehenden Ausführungen verwiesen wird.
Mit dem vorstehend beschriebenen Ventiltrieb 1 beziehungsweise dem Nockenträger 3 wird ein modularer Aufbau erzielt, welcher eine einfache und kostengünstige Herstellung des Nockenträgers 3 verspricht. Insbesondere ist es dabei möglich, den Nockenträger 3 nach Art eines Baukastens zusammenzustellen, also verschiedene Baureihen des Ventiltriebs 1 aus den gleichen Bauteilen zusammenzusetzen.
Bezugszeichenliste

1: Ventiltrieb
2: Grundnockenwelle
3: Nockenträger
4: Grundelement
5: Innenverzahnung
6: Nockenelement
7: Schaltkulisse
8: Ventilbetätigungsnocken
9: Arretierelement
10: Nut
11: Lagerschale
12: Verbindungselement
13: Nockengruppe
14: Nockengruppe
15: Abstandshalter
16: Längsachse
17: Halteöffnung
18: Mantel
19: Fixieröffnung
20: Haltebereich
21: Stützbereich
22: Haltevorrichtung
23: Radialausnehmung
24: Rastelement
25: Federelement
26: Rastausnehmung

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102009022657 A1 [0007]

Claims

Ventiltrieb (1) einer Brennkraftmaschine, mit wenigstens einer Grundnockenwelle (2), auf der drehfest und axial verschiebbar ein wenigstens einen Ventilbetätigungsnocken (8) aufweisender Nockenträger (3) vorgesehen ist, wobei der Nockenträger (3) über ein rohrförmiges, die Grundnockenwelle (2) wenigstens bereichsweise aufnehmendes Grundelement (4) verfügt, auf dem zumindest ein Nockenelement (6) des Nockenträgers (3), insbesondere der Ventilbetätigungsnocken (8) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Grundelement (4) und dem Nockenelement (6) wenigstens ein Drehmoment übertragendes Verbindungselement (12) angeordnet ist.
Ventiltrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Verbindungselement (12) wenigstens bereichsweise in eine Halteöffnung (17) des Grundelements (4) eingreift und zumindest in Umfangsrichtung, insbesondere zusätzlich in axialer Richtung, formschlüssig in dieser gehalten ist.
Ventiltrieb nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Verbindungselement (12) wenigstens bereichsweise in eine Fixieröffnung (19) des Nockenelements (6) eingereift und in dieser in Umfangsrichtung ortsfest, insbesondere in axialer Richtung beweglich, gelagert ist.
Ventiltrieb nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Nockenelemente (6) vorgesehen sind, welche durch Berührkontakt mit benachbarten Nockenelementen (6) in axialer Richtung festgesetzt sind.
Ventiltrieb nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass – in Umfangsrichtung gesehen – das Grundelement (4) nur eine einzige Halteöffnung (17) und/oder das Nockenelement (6) nur eine einzige Fixieröffnung (19) aufweisen.
Ventiltrieb nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Verbindungselement (12) eine Haltevorrichtung (22) zur Axialfestsetzung des Nockenträgers (3) bezüglich der Grundnockenwelle (2) zumindest mit ausbildet, insbesondere indem die Halteöffnung (17) eine Wandung (18) des Grundelements (4) in radialer Richtung vollständig durchgreift.
Ventiltrieb nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Verbindungselemente (12) in axialer Richtung beabstandet zueinander, insbesondere an derselben Umfangsposition, vorgesehen sind, wobei zwischen jeweils zwei der Verbindungselemente (12) ein Nockenwellenlager, insbesondere eine ungeteilte Lagerschale (11) des Nockenwellenlagers, unmittelbar auf dem Grundelement (4) aufsitzt.
Ventiltrieb nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Nockenwellenlager von benachbarten Verbindungselementen (12) und/oder Nockenelementen (6) in axialer Richtung ortsfest gehalten ist.
Brennkraftmaschine mit wenigstens einem Ventiltrieb (1), insbesondere nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, der über wenigstens eine Grundnockenwelle (2) verfügt, auf der drehfest und axial verschiebbar ein wenigstens einen Ventilbetätigungsnocken (8) aufweisender Nockenträger (3) vorgesehen ist, wobei der Nockenträger (3) über ein rohrförmiges, die Grundnockenwelle (2) wenigstens bereichsweise aufnehmendes Grundelement (4) verfügt, auf dem zumindest ein Nockenelement (6) des Nockenträgers (3), insbesondere der Ventilbetätigungsnocken (8) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Grundelement (4) und dem Nockenelement (6) wenigstens ein Drehmoment übertragendes Verbindungselement (12) angeordnet ist.
Verfahren zur Herstellung eines Ventiltriebs (1), insbesondere nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, mit den folgenden Schritten: – Bereitstellen eines Grundelements (4), – Herstellen wenigstens einer Halteöffnung (17) in dem Grundelement (4), – Einlegen eines Drehmoment übertragenden Verbindungselements (12) in die Halteöffnung (17), und – Aufschieben wenigstens eines Nockenelements (6), insbesondere eines Ventilbetätigungsnockens (8) über das Verbindungselement (12).