DE102014206950A1

DE102014206950A1 - Nockenwelle

Info

Publication number: DE102014206950A1
Application number: DE102014206950.5A
Authority: DE
Inventors: Jürgen Rommel
Original assignee: Mahle International GmbH
Current assignee: Mahle International GmbH
Priority date: 2014-04-10
Filing date: 2014-04-10
Publication date: 2015-10-15

Abstract

Die Erfindung betrifft eine einfach verstellbare Nockenwelle (1) mit – mit einer Innenwelle (2) und einer koaxial dazu angeordneten Außenwelle (3), – mit einem Phasensteller (4), dessen Stator (5) drehfest mit der Außenwelle (3) verbunden und dessen Rotor (6) drehfest mit der Innenwelle (2) verschraubt ist, – mit einem Antriebsrad (8), über welches die Nockenwelle (1) mit einer Kurbelwelle einer Brennkraftmaschine (12) antriebsverbunden ist, – wobei das Antriebsrad (8) in einem mittleren Bereich der Nockenwelle (1) drehbar zur Außenwelle (3) angeordnet und über einen Stift (9) drehfest mit der Innenwelle (2) verbunden ist.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine einfach verstellbare Nockenwelle mit einer Innenwelle und einer koaxial dazu angeordneten Außenwelle. Die Erfindung betrifft außerdem eine mit einer derartigen Nockenwelle ausgestattete Brennkraftmaschine.
Nockenwellen dienen der Betätigung von Ein- und Auslassventilen an Brennkraftmaschinen und werden üblicherweise von der Kurbelwelle der Brennkraftmaschine angetrieben. Um dabei Einfluss auf die Steuerzeiten der Ein- und Auslassventile nehmen zu können, sind auch verstellbare Nockenwellen bekannt, die in einfach verstellbare und zweifach verstellbare Nockenwellen unterschieden werden. Bei einfach verstellbaren Nockenwellen wird lediglich die Nockenwelle selbst relativ zur Kurbelwelle verstellt, wogegen bei zweifach verstellbaren Nockenwellen zusätzlich auch noch eine Innenwelle relativ zu einer Außenwelle der verstellbaren Nockenwelle und damit erste Nocken zu zweiten Nocken verstellbar sind.
Insbesondere bei in Motorrädern eingesetzten Brennkraftmaschinen ist ein Antriebsrad, über welches die Nockenwelle mit der Kurbelwelle der Brennkraftmaschine antriebsverbunden ist, nicht längsendseitig der Nockenwelle angeordnet, sondern mittig, wodurch bauraumbedingten Besonderheiten Rechnung getragen werden kann. In diesem Fall wird jedoch die Verwendung eines Phasenstellers zur Verstellung der Nockenwelle relativ zur Kurbelwelle aus Bauraumgründen nur sehr schwer realisierbar. Herkömmliche Phasenstelleranordnungen beinhalten das Antriebsrad bzw. ein Zahnrad direkt am Phasensteller, so dass das Antriebsrad üblicherweise drehfest mit dem Stator des Phasenstellers und die Nockenwelle drehfest mit dem Rotor des Phasenstellers verbunden sind.
Die vorliegende Erfindung beschäftigt sich daher mit dem Problem, eine Nockenwelle anzugeben, welche nicht längsendseitig angetrieben, aber dennoch hinsichtlich ihrer Phase relativ zu einer Kurbelwelle verstellbar ist.
Dieses Problem wird erfindungsgemäß durch den Gegenstand des unabhängigen Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Die vorliegende Erfindung beruht auf dem allgemeinen Gedanken, eine Innenwelle einer einfach verstellbaren Nockenwelle drehfest über einen Stift mit einem Antriebsrad zu verbinden, über welches die Nockenwelle mit einer Kurbelwelle einer Brennkraftmaschine antriebsverbunden ist. Dieses Antriebsrad ist dabei in einem mittleren Bereich der Nockenwelle drehbar zur Außenwelle angeordnet und über den Stift nicht nur drehfest mit der Innenwelle, sondern zugleich auch drehfest mit einem Rotor eines längsendseitig angeordneten Phasenstellers verbunden. Der Phasensteller weist dabei nicht nur den drehfest mit der Innenwelle verschraubten Rotor, sondern zugleich auch einen drehfest mit der Außenwelle verbundenen Stator auf, so dass durch eine Relativverdrehung des Rotors relativ zum Stator eine Phasenverstellung der Nockenwelle relativ zur Kurbelwelle möglich ist. Durch das Vorsehen der Innenwelle, welche einerseits drehfest mit dem Rotor des Phasenstellers verschraubt und andererseits drehfest über den Stift mit dem Antriebsrad verbunden ist, ist einerseits die Verwendung eines mittigen Antriebsrades möglich und andererseits eine Phasenverstellung relativ zur Kurbelwelle. Hierdurch ist insbesondere auch der Einsatz eines Phasenstellers in einer Brennkraftmaschine eines Motorrads möglich, welches üblicherweise bauraumbedingt kein endseitig der Nockenwelle angeordnetes Antriebsrad zulässt.
Das Antriebsrad ist dabei erfindungsgemäß in einem mittleren Bereich und besonders bevorzugt sogar mittig an der Nockenwelle angeordnet. Generell kann das Antriebsrad dabei als Kettenrad, als Zahnrad oder als Riemenrad ausgebildet sein und dadurch eine drehübertragende Verbindung zur Kurbelwelle eingehen.
Bei einer vorteilhaften Weiterbildung der erfindungsgemäßen Lösung erstreckt sich die Innenwelle nur über einen begrenzten Bereich in der Außenwelle. Beispielsweise ist es denkbar, dass sich die Innenwelle nur vom Stift bis zum Phasensteller erstreckt, das heißt also lediglich über die Hälfte der gesamten Nockenwelle, was erhebliche Gewichtsvorteile bringt.
Zweckmäßig ist die Innenwelle über den Stift und zumindest einen weiteren Stift gegenüber der Außenwelle gelagert. Eine Radiallagerung der Innenwelle relativ zur Außenwelle kann dabei über diese beiden genannten Stifte erfolgen, so dass auf weitere Lagerelemente verzichtet werden kann. Erstreckt sich die Innenwelle über die gesamte Länge der Außenwelle ist auch eine Gleitlagerung der Innenwelle relativ zur Außenwelle denkbar, wodurch eine symmetrische Lagerung erzielbar ist. Die Symmetrie bezieht sich hierbei auf die Außenwelle.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der erfindungsgemäßen Lösung ist die Innenwelle über den weiteren Stift mit einem Gleitlagerring verbunden. Über einen solchen Gleitlagerring, der auf der Außenwelle drehbar angeordnet ist, ist eine Lagerung der Innenwelle relativ zur Außenwelle denkbar. Zusätzlich kann über den Gleitlagerring auch noch die Außenwelle relativ zu einem Zylinderkopf gelagert werden. Eine Axiallagerung der Innenwelle erfolgt üblicherweise über den Phasensteller oder durch Zusatzelemente, die eine axiale Lage der Innenwelle zur Außenwelle begrenzen können, zum Beispiel einem in der Außenwelle vorgesehenen Stift, der in eine umlaufende Nut in der Innenwelle eingreift. Die Axiallagerung der Nockenwelle erfolgt in bekannter Weise über Gleitlager und/oder Wälzlager, die auf der Außenwelle angeordnet sind.
Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Lösung erfolgt eine Ölversorgung des Phasenstellers über einen zwischen der Innenwelle und der Außenwelle liegenden Ringspalt und/oder über durch eine den Rotor an der Innenwelle fixierenden Schraube laufende Ölkanäle. Auch ist denkbar, dass zwischen der den Rotor an der Innenwelle fixierenden Schraube und der Innenwelle selbst ein Kanal verläuft, über welchen der Phasensteller mit Öl versorgt wird. Bei einer Ölzuführung mit mindestens zwei getrennten Ölkanälen ist ein Steuerventil außerhalb der Nockenwelle, vorzugsweise im Zylinderkopf, angeordnet. Alternativ ist selbstverständlich auch die Anordnung eines Zentralventils am Phasensteller beziehungsweise in der Innenwelle und/oder Außenwelle denkbar.
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, wobei sich gleiche Bezugszeichen auf gleiche oder ähnliche oder funktional gleiche Komponenten beziehen.
Es zeigen, jeweils schematisch,
1 eine Längsschnittdarstellung durch eine erfindungsgemäße Nockenwelle,
2 eine Darstellung wie in 1, jedoch mit einem Zentralventil,
3 eine Ansicht auf die gemäß der 1 gezeigte Nockenwelle,
4 eine Schrägansicht auf die erfindungsgemäße Nockenwelle gemäß der 1,
5 eine Detaildarstellung mit einem Zusatzelement zur Axiallagerung.
Entsprechend den 1 und 2 weist eine erfindungsgemäße einfach verstellbare Nockenwelle 1 eine Innenwelle 2 sowie eine koaxial dazu angeordnete Außenwelle 3 auf. Ebenso umfasst die Nockenwelle 1 einen Phasensteller 4, dessen Stator 5 drehfest mit der Außenwelle 3 verbunden und dessen Rotor 6 drehfest mit der Innenwelle 2 über eine Schraube 7 verschraubt ist. Darüber hinaus ist ein Antriebsrad 8 vorgesehen, welches im vorliegenden Fall als Zahnrad ausgebildet ist, aber auch als Ketten- oder Riemenrad ausgebildet sein kann, und über welches die Nockenwelle 1 mit einer nicht gezeigten Kurbelwelle einer Brennkraftmaschine 12 antriebsverbunden ist. Erfindungsgemäß ist dabei das Antriebsrad 8 in einem mittleren Bereich der Nockenwelle 1 drehbar zur Außenwelle 3 angeordnet und über einen Stift 9 drehfest mit der Innenwelle 2 verbunden. Die zuvor genannten Bauteile sind dabei sofern sichtbar auch in den 3 und 4 mit denselben Bezugszeichen belebt.
Betrachtet man die 1 und 2 weiter, so kann man erkennen, dass sich die Innenwelle 2 lediglich über einen begrenzten Bereich der Außenwelle 3 erstreckt, insbesondere nur von dem Stift 9 bis zum Phasensteller 4 reicht. Es ist somit nicht erforderlich, die Innenwelle 2 über die gesamte Länge der Außenwelle 3 auszubilden, wodurch eine deutliche Gewichtseinsparung realisierbar ist. Darüber hinaus kann die Innenwelle 2 über den Stift 9 und zumindest einen weiteren Stift 9' gegenüber der Außenwelle 3 gelagert sein. Über diesen weiteren Stift 9' kann die Innenwelle 2 darüber hinaus mit einem Gleitlagerring 10 verbunden sein und so die Lagerung der Innenwelle 2 ermöglichen. Zusätzlich könnte mit diesem Gleitlagerring auch eine Lagerung der Nockenwelle 1 zu einem nicht gezeigten Zylinderkopf realisiert werden.
Eine Ölversorgung des Phasenstellers 4 kann über einen zwischen der Innenwelle 2 und der Außenwelle 3 liegenden Ringspalt oder über durch die den Rotor 6 an der Innenwelle 2 fixierenden Schraube 7 verlaufenden Ölkanäle erfolgen. Diese Ölkanäle können auch zwischen der Schraube 7 und der Innenwelle 2 verlaufen.
Gemäß der 2 ist dabei ein Zentralventil 11 gezeigt, was den großen Vorteil bietet, auf ein Schaltventil im Zylinderkopf verzichten zu können. Schaltet das Zentralventil 11 um, wird dabei auch der Phasensteller 4 verstellt. In Axialrichtung ist die Innenwelle 2 über den Phasensteller 4 gelagert. Gemäß der 5 ist die Innenwelle 2 über mindestens ein zusätzliches, die axiale Lage der Innenwelle 2 zur Außenwelle 3 begrenzendes Zusatzelement 13 in Axialrichtung gelagert. Das Zusatzelement 13 kann beispielsweise als Stift ausgebildet sein.
Mit der erfindungsgemäßen Nockenwelle 1 ist erstmals eine einfach verstellbare Nockenwelle 1 auch bei mittig angeordnetem Antriebsrad 8 denkbar, was den Einsatz einer derart einfach verstellbaren Nockenwelle 1 insbesondere in Brennkraftmaschinen 12 bei Motorrädern ermöglicht.

Claims

Einfach verstellbare Nockenwelle (1) – mit einer Innenwelle (2) und einer koaxial dazu angeordneten Außenwelle (3), – mit einem Phasensteller (4), dessen Stator (5) drehfest mit der Außenwelle (3) verbunden und dessen Rotor (6) drehfest mit der Innenwelle (2) verschraubt ist, – mit einem Antriebsrad (8), über welches die Nockenwelle (1) mit einer Kurbelwelle einer Brennkraftmaschine (12) antriebsverbunden ist, – wobei das Antriebsrad (8) in einem mittleren Bereich der Nockenwelle (1) drehbar zur Außenwelle (3) angeordnet und über einen Stift (9) drehfest mit der Innenwelle (2) verbunden ist.
Nockenwelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Antriebsrad (8) mittig an der Nockenwelle (1) angeordnet ist.
Nockenwelle nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Antriebsrad (8) als Zahnrad, als Kettenrad oder als Riemenrad ausgebildet ist.
Nockenwelle nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, – dass sich die Innenwelle (2) nur über einen begrenzten Bereich in der Außenwelle (3) erstreckt und/oder – dass sich die Innenwelle (2) nur von dem Stift (9) bis zum Phasensteller (4) erstreckt.
Nockenwelle nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, – dass am Phasensteller (4) ein Zentralventil (11) zum Schalten des Phasenstellers (4) angeordnet ist, oder – dass am Phasensteller (4) ein Zentralventil (11) zum Schalten des Phasenstellers (4) angeordnet ist und in der Außenwelle (3) und/oder der Innenwelle (2) eingesteckt ist.
Nockenwelle nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Innenwelle (2) über den Stift (9) und zumindest einen weiteren Stift (9') gegenüber der Außenwelle (3) gelagert ist.
Nockenwelle nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Innenwelle (2) über den weiteren Stift (9') mit einem Gleitlagerring (10) verbunden ist.
Nockenwelle nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass eine Ölversorgung des Phasenstellers (4) über einen zwischen der Innenwelle (2) und der Außenwelle (3) liegenden Ringspalt und/oder über durch eine den Rotor (6) an der Innenwelle (2) fixierenden Schraube (7) laufenden Ölkanäle erfolgt.
Nockenwelle nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, – dass die Innenwelle (2) über den Phasensteller (4) in Axialrichtung gelagert ist, oder – dass die Innenwelle (2) über mindestens ein Zusatzelement (13) gegenüber der Außenwelle (3) in Axialrichtung gelagert ist.
Brennkraftmaschine (12) mit zumindest einer Nockenwelle (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 9.