DE102019101518A1

DE102019101518A1 - Nockenwelle, Verbrennungsmotor und Kraftfahrzeug

Info

Publication number: DE102019101518A1
Application number: DE102019101518.9A
Authority: DE
Inventors: Jens Schirmer; Michael Kunz
Original assignee: ThyssenKrupp AG; ThyssenKrupp Presta TecCenter AG
Current assignee: ThyssenKrupp AG; Thyssenkrupp Dynamic Components Teccenter AG
Priority date: 2019-01-22
Filing date: 2019-01-22
Publication date: 2020-07-23

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Nockenwelle (10), insbesondere Schiebenockenwelle, für einen Verbrennungsmotor, die wenigstens zwei Teilnockenwellen (11) und wenigstens eine Kopplungseinrichtung (20) umfasst, durch die die beiden Teilnockenwellen (11) zur Übertragung eines Drehmoments miteinander drehfest verbunden sind, wobei die Teilnockenwellen (11) unabhängig voneinander axial verschiebbar sind und die Teilnockenwellen (11) durch die Kopplungseinrichtung (20) axial gelagert sind.

Description

Die Erfindung betrifft eine Nockenwelle, einen Verbrennungsmotor und ein Kraftfahrzeug. Eine Nockenwelle gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 ist beispielsweise aus DE 10 2007 052 251 A1 bekannt.
Generell weisen Schiebenockenwellen unterschiedliche Funktionselemente, wie bspw. Schiebenockenelemente, Doppelnocken, Einzelnocken oder weitere Funktionselemente auf, die mit einer Trägerwelle der Nockenwelle zur Übertragung eines Drehmoments drehfest verbunden sind. Zur drehmomentübertragenden Verbindung der Funktionselemente mit der Trägerwelle ist diese herkömmlich mit einer Verzahnung ausgestattet. Dabei umfassen die Funktionselemente eine Gegenverzahnung, wodurch die Übertragung eines Drehmoments ermöglicht wird. Solche Schiebnockenwellen weisen eine hohe Bauteilanzahl und somit ein erhöhtes Gewicht auf.
Aus der eingangs genannten DE 10 2007 052 251 A1 ist eine Nockenwelle bekannt, die aus einem ersten Nockenwellenelement und einem zweiten Nockenwellenelement gebildet ist. Die Nockenwellenelemente sind durch eine Kopplungsvorrichtung miteinander verbunden. Die Kopplungsvorrichtung weist ein Verbindungselement auf, durch das ein Antriebsmoment vom ersten Nockenwellenelement auf das zweite Nockenwellenelement übertragen wird. Die Nockenwelle weist ferner eine Verstellvorrichtung mit einer Kulissenbahn auf, durch die die beiden Nockenwellenelemente verschiebbar sind. Zur drehfesten Verbindung der Nockenwellenelemente greift das Verbindungselement in einen Verschiebesitz jeweils eines Nockenwellenelements ein.
Nachteilig ist hierbei, dass im Betrieb beide Nockenwellenelemente durch die Verstellvorrichtung unabhängig von der Verschieberichtung gemeinsam verschoben werden. Dadurch ergibt sich nachteilig eine geringe Variabilität bei der Steuerung der Gaswechselventile eines oder mehrerer Zylinder.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zu Grunde, eine Nockenwelle anzugeben, bei der eine variable Ventilsteuerung verbessert wird und durch Bauteilreduzierung eine Herstellung vereinfacht und Gesamtkosten verringert werden.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe im Hinblick auf die Nockenwelle durch den Gegenstand des Anspruchs 1 gelöst. Hinsichtlich des Verbrennungsmotors und des Kraftfahrzeugs wird die vorstehend genannte Aufgabe jeweils durch den Gegenstand des Anspruchs 15 (Verbrennungsmotor) und des Anspruchs 16 (Kraftfahrzeug) gelöst.
Die Erfindung beruht auf dem Gedanken, eine Nockenwelle, insbesondere Schiebenockenwelle, für einen Verbrennungsmotor anzugeben. Die Nockenwelle umfasst wenigstens zwei Teilnockenwellen und wenigstens eine Kopplungseinrichtung, durch die die beiden Teilnockenwellen zur Übertragung eines Drehmoments miteinander drehfest verbunden sind. Die Teilnockenwellen sind unabhängig voneinander axial verschiebbar und durch die Kopplungseinrichtung axial gelagert.
Die Teilnockenwellen sind dabei im Betriebszustand durch die Kopplungseinrichtung axial gelagert. Konkret sind die Teilnockenwellen im Betriebszustand durch die Kopplungseinrichtung in Achsrichtung lösbar gehalten. Mit anderen Worten wird eine axiale Lagerung der Teilnockenwellen im Betriebszustand ermöglicht, da die Teilnockenwellen durch die Kopplungseinrichtung lösbar gehalten sind. Im Schaltzustand werden die jeweiligen Teilnockenwellen in Achsrichtung verschoben.
Die Erfindung hat verschiedene Vorteile. Die Teilnockenwellen sind vorteilhaft unabhängig voneinander axial verschiebbar. Hierbei wird ein unabhängiges Verschieben der jeweiligen Teilnockenwelle ermöglicht, wodurch eine Variabilität bei der Steuerung von Gaswechselventilen erhöht wird. Aufgrund der axialen Lagerung der Teilnockenwellen durch die Kopplungseinrichtung entfällt eine Trägerwelle zur Drehmomentübertragung und axialen Führung der Teilnockenwellen. Dies hat den Vorteil, dass durch Bauteilreduzierung Kosten eingespart werden und ein Gesamtgewicht der Nockenwelle reduziert wird. Ferner ist dadurch vorteilhaft, dass eine Herstellung der Nockenwelle vereinfacht wird, woraus eine weitere Kostenersparnis resultiert.
Die erfindungsgemäße Nockenwelle kann durch zwei gebaute Nockenwellen gebildet sein.
Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform weist die Kopplungseinrichtung wenigstens ein Lagerelement, insbesondere ein Axiallager auf, durch das die beiden Teilnockenwellen axial verschiebbar gelagert sind. Das Lagerelement bildet vorzugsweise ein Axiallager und/oder ein Radiallager der Nockenwelle. Ferner kann die jeweilige Teilnockenwelle durch das Lagerelement bei einem Verschiebevorgang axial geführt sein. Durch das Lagerelement wird somit vorteilhaft eine axiale Lagerung sowie eine axiale Führung der Teilnockenwellen bei einem Verschiebevorgang ermöglicht. Durch diese Funktionsintegration werden vorteilhaft Bauteile eingespart und somit die Gesamtkosten der Nockenwelle reduziert.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform sind die Teilnockenwellen im Lagerelement zumindest teilweise angeordnet und die Teilnockenwellen durch das Lagerelement zur Übertragung eines Drehmoments miteinander drehfest gekoppelt. Die jeweiligen Teilnockenwellen greifen dabei mit einem Wellenende in das Lagerelement ein. Die Teilnockenwellen sind durch das Lagerelement axial verbunden. Hierbei ist vorteilhaft, dass das Lagerelement die Teilnockenwellen bei einem Verschiebevorgang führt und axial lagert sowie zur Drehmomentübertragung zwischen den beiden Teilnockenwellen dient. Durch diese Funktionsintegration weist die Nockenwelle vorteilhaft eine reduzierte Bauteilanzahl auf, wodurch Kosten eingespart werden.
Vorzugsweise sind die Teilnockenwellen durch das Lagerelement jeweils an wenigstens zwei Axialpositionen, insbesondere Rastpositionen, arretierbar oder arretiert. Dies ermöglicht vorteilhaft nach einem Verschieben der Teilnockenwellen eine lösbare Fixierung der Teilnockenwellen an der jeweiligen Axialposition. Dadurch werden weitere Bauteile eingespart und somit Kosten reduziert.
Weiter vorzugsweise umfassen die Teilnockenwellen jeweils wenigstens eine Rasteinheit, die mit dem Lagerelement zur Arretierung, insbesondere axialen Sicherung, der jeweiligen Teilnockenwelle zusammenwirken. Die Teilnockenwellen können somit vorteilhaft unabhängig voneinander an unterschiedlichen Axialpositionen fixiert bzw. gehalten werden. Dadurch werden abhängig von den Axialpositionen eine erhöhte Anzahl von Axialstellungen der Teilnockenwellen ermöglicht, wodurch eine Variabilität bei der Steuerung von Gaswechselventilen eines Verbrennungsmotors erhöht wird.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist eine erste der beiden Teilnockenwellen mit wenigstens einem Antriebselement, insbesondere einem Zahnriemenrad und/oder einem Kettenrad, axial verschiebbar drehfest verbunden. Dadurch wird vorteilhaft ein axiales Verschieben der ersten Teilnockenwelle gegenüber dem Antriebselement ermöglicht, wodurch eine verbesserte, variable Ventilsteuerung ermöglicht wird. Das Antriebselement kann mit der ersten der beiden Teilnockenwellen zur Übertragung eines Drehmoments formschlüssig verbunden sein. Hierbei können zusätzliche Formschlussmittel zur drehfesten Verbindung der ersten Teilnockenwelle mit dem Antriebselement entfallen. Durch die Bauteilreduzierung werden somit Kosten eingespart.
Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist die erste der beiden Teilnockenwellen mit wenigstens einem Antriebselement fest verbunden derart, dass sich das Antriebselement bei einem axialen Verschieben der ersten Teilnockenwelle mit verschiebt. Das Antriebselement kann durch ein Zahnrad gebildet sein. Bei dieser Ausführungsform ist die erste der beiden Teilnockenwellen mit dem Antriebselement verschiebefest und drehfest verbunden. Bei einem axialen Verschieben der ersten Teilnockenwelle wird das Antriebselement mit der ersten Teilnockenwelle durch die verschiebefeste Verbindung verschoben. Dies hat den Vorteil, dass ein zusätzlicher Konstruktionsaufwand sowie zusätzliche Bauteile zur Drehmomentübertragung vom Antriebselement auf die erste Teilnockenwelle entfällt und somit Kosten eingespart werden.
Vorzugsweise ist das Antriebselement durch ein Sinterteil gebildet. Dies ermöglicht eine einfache und kostengünstige Herstellung des Antriebselements. Ferner wird vorteilhaft eine einfache Herstellung von komplexen Bauformen des Antriebelements ermöglicht.
Weiter vorzugsweise ist das Antriebselement als Drehteil und/oder Frästeil ausgebildet. Mit anderen Worten kann das Antriebselement durch Drehen und/oder Fräsen zerspanend hergestellt sein. Hierbei ist vorteilhaft, dass das Antriebselement einfach und kostengünstig herstellbar ist.
Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform umfasst das Antriebselement wenigstens eine Lagerung, die am Antriebselement derart angeordnet ist, dass die Antriebskräfte, insbesondere Trumkräfte, eines weiteren Antriebselements in einer gemeinsamen Ebene direkt in die Lagerung einleitbar oder eingeleitet sind. Dadurch wird vorteilhaft eine Wellenbiegung der Nockenwelle durch die Antriebskräfte verhindert. Dies hat den Vorteil, dass beim Verschieben der ersten Teilnockenwelle ein Verklemmen mit dem Antriebselement verhindert wird.
Bei einer Ausführungsform umfasst die Teilnockenwelle jeweils wenigstens einen Nocken zur Steuerung von Ventilen und/oder jeweils wenigstens eine Schaltkulisse zum axialen Verschieben der Teilnockenwelle. Vorzugsweise weist somit jede der beiden Teilnockenwellen wenigstens eine Schaltkulisse, insbesondere zwei Schaltkulissen mit jeweils einer S-Nut, zum axialen Verschieben auf. Durch die Schaltkulisse kann die jeweilige Teilnockenwelle in beide Verschieberichtungen bewegt werden. Dazu kann die Schaltkulisse mit einem Aktuatorpin eines Aktuators, insbesondere eines Mehrfachaktuators, zusammenwirken. Hierbei ist vorteilhaft, dass die Teilnockenwellen unabhängig voneinander axial verschoben werden können und somit eine variable Ventilsteuerung durch die erfindungsgemäße Nockenwelle verbessert wird.
Bei einer weiteren Ausführungsform weist die Kopplungseinrichtung wenigstens ein Einlegeelement auf, das radial zwischen dem Lagerelement und den Teilnockenwellen angeordnet ist und das im Betrieb ein Drehmoment zwischen den Teilnockenwellen überträgt. Die Teilnockenwellen und das Lagerelement sind durch das Einlegeelement drehfest, insbesondere formschlüssig, miteinander verbunden. Durch das Einlegelement können vorteilhaft eine Außenverzahnung der Teilnockenwellen sowie eine Innenverzahnung des Lagerelements zur Übertragung eines Drehmoments entfallen, wodurch ein Aufbau der Nockenwelle vereinfacht wird. Ferner werden ein Fertigungsaufwand an den Teilnockenwellen und dem Lagerelement verringert. Dadurch werden vorteilhaft die Gesamtkosten der Nockenwelle reduziert.
Vorzugsweise weisen die Kopplungseinrichtung und die Teilnockenwellen jeweils eine Formschlusskontur auf, durch die die Teilnockenwellen mit der Kopplungseinrichtung drehmomentübertragend gekoppelt sind. Hier ist vorteilhaft, dass kein zusätzliches Element zur Übertragung eines Drehmoments zwischen den Teilnockenwellen notwendig ist und somit durch eine Bauteilreduzierung Kosten eingespart werden.
Ein nebengeordneter Aspekt der Erfindung betrifft einen Verbrennungsmotor mit einem Zylinderkopfgehäuse und wenigstens einer Nockenwelle, die wenigstens zwei Teilnockenwellen und wenigstens eine Kopplungseinrichtung umfasst, durch die die beiden Teilnockenwellen zur Übertragung eines Drehmoments miteinander drehfest verbunden sind, wobei die Teilnockenwellen unabhängig voneinander axial verschiebbar sind und die Teilnockenwellen im Zylinderkopfgehäuse axial gelagert sind.
Ein weiterer nebengeordneter Aspekt der Erfindung betrifft ein Kraftfahrzeug mit wenigstens einer erfindungsgemäßen Nockenwelle oder einem Verbrennungsmotor der vorstehend genannten Art.
Zu den Vorteilen des Verbrennungsmotors und des Verfahrens zur Montage einer erfindungsgemäßen Nockenwelle wird auf die im Zusammenhang mit der Nockenwelle erläuterten Vorteile verwiesen. Darüber hinaus können der Verbrennungsmotor und das Verfahren alternativ oder zusätzlich einzelne oder eine Kombination mehrerer zuvor in Bezug auf die Nockenwelle genannte Merkmale aufweisen.
Die Erfindung wird nachstehend mit weiteren Einzelheiten unter Bezug auf die beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Die dargestellten Ausführungsformen stellen Beispiele dar, wie die erfindungsgemäße Nockenwelle ausgestaltet sein kann.
In diesen zeigen,

1 eine Längsschnittansicht einer Nockenwelle nach einem bevorzugten erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel;
2 eine perspektivische Detailansicht der Nockenwelle gemäß 1 mit einer Kopplungseinrichtung;
3 eine perspektivische Detailansicht der Nockenwelle gemäß 1 mit einem Antriebselement und einer Lagereinheit; und
4 eine Seitenansicht einer Nockenwelle nach einem weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel.

1 zeigt eine Längsschnittansicht einer Nockenwelle 10 nach einem bevorzugten erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel. Die Nockenwelle 10 ist für den Einsatz in einem 4-Zylindermotor, insbesondere mit einer Zündfolge 1-3-4-2, geeignet. Die Nockenwelle 10 umfasst zwei Teilnockenwellen 11 und eine Kopplungseinrichtung 20. Auf die Kopplungseinrichtung 20 wird später näher eingegangen.
Die Teilnockenwelle 11 sind hohlzylindrisch ausgebildet. Des Weiteren sind die Teilnockenwelle 11 jeweils einstückig ausgebildet. Die Teilnockenwellen 11 können auch jeweils gebaut ausgebildet sein. Mit anderen Worten können die Teilnockenwellen 11 durch einzelne Nockenwellenbauteile zusammengesetzt gebildet sein. Die Teilnockenwellen 11 weisen eine gemeinsame Längsachse auf. Die zwei Teilnockenwellen 11 bilden eine erste Teilnockenwelle 11a und eine zweite Teilnockenwelle 11b.
Die Teilnockenwellen 11a, 11b weisen jeweils ein Wellenende 25a, 25b mit einem gleichen Außendurchmesser auf. Mit anderen Worten weist die erste Teilnockenwelle 11a ein Wellenende 25a mit einem Außendurchmesser auf, der einem Außendurchmesser eines Wellenendes 25b der zweiten Teilnockenwelle 11b entspricht. Die Außendurchmesser der Wellenenden 25a, 25b der Teilnockenwellen 11a, 11b können dabei gleich groß sein. Es ist auch denkbar, dass die Wellenden 25a, 25b der Teilnockenwellen 11a, 11b einen unterschiedlich großen Außendurchmesser aufweisen. Dabei kann das Wellenende 25a der ersten Teilnockenwelle 11a einen größeren Außendurchmesser aufweisen als das Wellenende 25b der zweiten Teilnockenwelle 11b. Ferner kann das Wellenende 25a der ersten Teilnockenwelle 11a einen kleineren Außendurchmesser aufweisen als das Wellenende 25b der zweiten Teilnockenwelle 11b.
Die Teilnockenwellen 11a, 11b umfassen jeweils einen Einlegebereich 32, der durch eine Materialabtragung am jeweiligen Wellenende 25a, 25b gebildet ist. Die Einlegebereiche 32 der Teilnockenwellen 11a, 11b bilden zusammen einen gemeinsamen Einlegebereich 35 für ein Einlegeelement 22, auf das später näher eingegangen wird.
Es können auch mehrere Einlegeberreiche 32 am jeweiligen Wellenende 25a, 25b der Teilnockenwellen 11a, 11b ausgebildet sein. Der Einlegebereich 32 ist von einer Mantelfläche des jeweiligen Wellenendes 25a, 25b der Teilnockenwellen 11a, 11b radial nach innen ausgebildet.
Der Einlegebereich 32 weist eine Einlegefläche 33 auf. Die Einlegefläche 33 weist zwei Längsseiten und zwei Breitseiten auf, wobei die Einlegefläche 33 der axial innenliegenden Breitseite durch eine Materialstufe 34 begrenzt ist. Ferner ist der Einlegebereich 33 mit der axial außenliegenden Breitseite in Längsrichtung nach außen offen ausgebildet. Mit anderen Worten ist der Einlegebereich 32 in Längsrichtung nach außen offen, insbesondere frei von einer begrenzenden Materialstufe, ausgebildet.
Die Einlegefläche 33 erstreckt sich mit den Längsseiten parallel zur Längsachse der Teilnockenwelle 11a, 11b. Der Einlegebereich 32 sind quer zur Längsachse der Teilnockenwelle 11a, 11b nach außen offen ausgebildet. Die Einlegebereiche 32 sind am Wellenende 25 der jeweiligen Teilnockenwelle 11a, 11b derart ausgebildet, dass die Einlegefläche 33 zu einer gedachten, zentralen Längsebene, in der die Längsachse der Teilnockenwellen 11a, 11b verläuft, parallel ausgerichtet ist.
Wie in 2 gezeigt, umfasst die Kopplungseinrichtung 20 ein Einlegeelement 22 zur Übertragung eines Drehmoments von der ersten Teilnockenwelle 11a auf die zweite Teilnockenwelle 11b auf. Das Einlegeelement 22 ist plattenförmig ausgebildet. Mit anderen Worten ist das Einlegeelement 22 quaderförmig ausgebildet.
Das Einlegeelement 22 weist zwei Plattenlängsseiten, zwei Plattenstirnseiten, eine erste, insbesondere obere, Plattenfläche und eine zweite, insbesondere untere, Plattenfläche auf. Des Weiteren weist das Einlegeelement 22 eine Plattendicke auf, die der Materialstufe 34 der jeweiligen Teilnockenwelle 11a, 11b entspricht kann. Mit anderen Worten können die Plattendicke des Einlegeelements 22 und die Materialstufe 34 der jeweiligen Teilnockenwellen 11a, 11b ein gleiches Maß aufweisen. Die Plattendicke des Einlegeelements 22 kann auch größer oder kleiner als die Materialstufe 34 ausgebildet sein.
Das Einlegeelement 22 ist radial zwischen den Teilnockenwellen 11a, 11b und dem Lagerelement 21 angeordnet. Das Einlegelement 22 ist in den gemeinsamen Einlegebereich 35 der Teilnockenwellen 11a, 11b eingebettet, insbesondere eingelegt, angeordnet. Das Einlegeelement 22 liegt mit der zweiten, insbesondere unteren, Plattenfläche auf der Einlegefläche 33 des jeweiligen Einlegebereichs 32, insbesondere des gemeinsamen Einlegebereichs 35 auf. Ferner ist das Einlegeelement 22 mit den Plattenstirnseiten von der Materialstufe 34 der jeweiligen Teilnockenwelle 11a, 11b beabstandet. Dadurch sind die Teilnockenwellen 11a, 11b jeweils axial verschiebbar. Das Einlegeelement 22 kann an den Teilnockenwellen 11a, 11b axial verschiebbar angeordnet sein. Mit anderen Worten kann das Einlegeelement 22 in den gemeinsamen Einlegebereich 35 der Teilnockenwellen 11 derart eingelegt sein, dass das Einlegeelement 22 in axialer Richtung der Teilnockenwellen 11a, 11b verschiebbar ist.
Durch das Einlegelement 22 sind die Teilnockenwellen 11a, 11b mit dem Lagerelement 21 zur Übertragung eines Drehmoments drehfest verbunden. Mit anderen Worten überträgt das Einlegelement 22 im Betrieb ein Drehmoment von der ersten Teilnockenwelle 11a auf die zweite Teilnockenwelle 11b. Dazu ist das Einlegelement 22 mit den Teilnockenwellen 11 und dem Lagerelement 21 formschlüssig verbunden. Das Lagerelement 21 weist dazu eine nicht dargestellte, komplementäre Gegenform zum Einlegeelement 22 auf. Mit anderen Worten ist das Lagerelement 21 durch das Einlegeelement 22 mit den Teilnockenwellen 11a, 11b zur Übertragung eines Drehmoments in Umfangsrichtung formschlüssig verbunden.
Wie in 1 gezeigt, umfassen die Teilnockenwellen 11a, 11b jeweils eine Rasteinheit 13. Die Rasteinheit 13 weist ein Rastmittel 26, bspw. eine Rastkugel, und ein Federelement 27 auf. Das Federelement 26 ist durch eine Schraubenfeder gebildet. Das Federelement 27 kann auch durch eine Tellerfeder oder eine Blattfeder gebildet sein. Ferner kann das Federelement 27 auch durch eine Feder einer anderen Art gebildet sein.
Die Rasteinheit 13 ist am Wellenende 25a, 25b der Teilnockenwellen 11a, 11b angeordnet. Die Rasteinheit 13 ist dabei in der jeweiligen Teilnockenwelle 11a, 11b eingebettet angeordnet. Die Rasteinheit 13 ist in der jeweiligen Teilnockenwelle 11a, 11b derart angeordnet, dass Rastmittel 26 durch das Federelement 27 radial nach außen geschoben, insbesondere gedrückt wird. Mit anderen Worten ist das Rastmittel 26 durch das Federelement 27 radial nach außen vorgespannt. Die jeweilige Teilnockenwelle 11a, 11b weist eine Durchgangsöffnung, insbesondere eine Durchgangsbohrung auf, durch die das Rastmittel 26 durch das Federelement 27 radial nach außen geschoben, insbesondere gedrückt wird.
Wie in 1 und 2 gezeigt ist, umfasst die Nockenwelle 10 eine Kopplungseinrichtung 20. Die Kopplungseinrichtung 20 weist ein Lagerelement 21 auf. Das Lagerelement 21 bildet ein Axiallager der Nockenwelle 10. Mit anderen Worten ist die Nockenwelle 10 durch das Lagerelement 21 axial gelagert. Das Lagerelement 21 kann auch ein Radiallager der Nockenwelle 10 bilden. Es ist auch denkbar, dass das Lagerelement 21 ein Axiallager und ein Radiallager der Nockenwelle 10 bildet.
Das Lagerelement 21 ist hohlzylindrisch ausgebildet. Das Lagerelement 21 ist rotationssymmetrisch ausgebildet. Das Lagerelement 21 kann auch eine von einer rotationssymmetrischen Form abweichende Form aufweisen. Das Lagerelement 21 weist eine zentrale Durchgangsöffnung 28 zur Aufnahme der Teilnockenwellen 11a, 11b auf. Das Lagerelement 21 weist einen Innendurchmesser auf, der im Wesentlichen den Außendurchmessern der Wellenenden 25a, 25b der Teilnockenwellen 11a, 11b entspricht.
Wie in 2 ersichtlich, weist das Lagerelement 21 zwei radial umlaufende Stege 29 auf. Die Stege 29 können Anschlagringe bilden, durch die das Lagerelement 21 an einer nicht dargestellten Lagerstelle, insbesondere einem Lagerrahmen, eines Zylinderkopfgehäuses anliegt. Das Lagerelement 21 weist ferner eine radial umlaufende Materialausnehmung auf, die zwischen den Stegen 29 ausgebildet ist. Die Materialausnehmung ist durch eine Nut gebildet. Die Materialausnehmung kann einen Lagersitz bilden, der in einem Lagerrahmen des Zylinderkopfgehäuses einsetzbar ist.
Ferner umfasst das Lagerelement 21 innere Rastnuten 31. Gemäß 1 und 2 weist das Lagerelement 21 konkret vier innere Rastnuten 31 auf. Die Rastnuten 31 sind von der Durchgangsöffnung 28 des Lagerelements 21 radial nach außen im Grundkörper des Lagerelements 21 radial umlaufend ausgebildet. Die Rastnuten 31 sind dabei radial nach innen offen ausgebildet. Jeweils eine der Rastnuten 31 bildet eine Axialposition 12 der jeweiligen Teilnockenwelle 11a, 11b.
Gemäß 1 und 2 sind die Teilnockenwellen 11a, 11b im Lagerelement 21 teilweise angeordnet. Die Teilnockenwellen 11a, 11b greifen dabei mit den Wellenenden 25a, 25b in das Lagerelement 21 ein. Die Teilnockenwellen 11a, 11b sind durch das Lagerelement 21 zur Übertragung eines Drehmoments miteinander drehfest gekoppelt. Ferner sind beide Teilnockenwellen 11a, 11b durch das Lagerelement 21 axial verschiebbar gelagert. Die Teilnockenwellen 11a, 11b sind unabhängig voneinander axial verschiebbar gelagert. Die Teilnockenwellen 11a, 11b sind durch das Lagerelement 21 axial verbunden. Die Teilnockenwellen 11a, 11b und das Lagerelement 21 weisen zusammen die gemeinsame Längsachse auf.
Die Teilnockenwellen 11a, 11b sind mit den Wellenenden 25a, 25b im Lagerelement 21 derart axial verschiebbar angeordnet, dass die jeweilige Rasteinheit 13 mit den inneren Rastnuten 31 zur Arretierung, insbesondere axialen Sicherung, der jeweiligen Teilnockenwelle 11a, 11b zusammenwirkt. Die jeweilige Teilnockenwelle 11a, 11b ist durch das Lagerelement 21 jeweils an zwei Axialpositionen 12, insbesondere Rastpositionen, arretierbar. In der jeweiligen Axialposition 12 ist die jeweilige Teilnockenwelle 11a, 11b axial lösbar fixiert. In diesem Fall ist die Rasteinheit 13 der Teilnockenwelle 11a, 11b in eine der Rastnuten 31 eingerastet, wodurch die Teilnockenwelle 11a, 11b axial gehalten wird. Dabei greift die Rasteinheit 13 mit dem Rastmittel 26 in die Rastnut 31 ein. Wird die jeweilige Teilnockenwelle 11a, 11b axial verschoben, rastet die Rasteinheit 13 in eine weitere der inneren Rastnuten 31 des Lagerelements 21 ein.
Es ist auch denkbar, dass die Teilnockenwellen 11a, 11b in Längsrichtung der Teilnockenwellen 11 an mehreren, insbesondere mehr als zwei Axialpositionen 12 arretierbar sind. Ferner kann die jeweilige Teilnockenwelle 11a, 11b in Längsrichtung auch lediglich an einer Axialposition 12 arretierbar sein.
Die Nockenwelle 10 umfasst des Weiteren ein Antriebselement 14, wie in 1 und 3 gezeigt ist. Das Antriebselement 14 kann durch ein Zahnriemenrad oder ein Kettenrad gebildet sein. Das Antriebselement 14 kann durch ein Sinterteil gebildet sein. Mit anderen Worten kann das Antriebselement 14 durch ein Sinterverfahren hergestellt sein. Ferner kann das Antriebselement 14 als Drehteil und/oder Frästeil ausgebildet sein. Das Antriebselement 14 kann somit durch Drehen und/oder Fräsen zerspanend hergestellt sein.
Das Antriebselement 14 umfasst einen Antriebsbereich 36 und einen Aufnahmebereich 37. Der Antriebsbereich 36 ist radial außen umlaufend am Antriebselement 14 angeordnet. Der Antriebsbereich 36 weist Formschlussmittel, insbesondere eine Verzahnung, zur Übertragung eines Drehmoments auf. Ferner wirkt im Betrieb ein nicht dargestelltes, weiteres Antriebselement, wie bspw. ein Zahnriemen oder eine Kette, mit dem Antriebselement 14 zur Übertragung eines Drehmoments zusammen.
Der Aufnahmebereich 37 ist hohlzylindrisch ausgebildet und dient zur Aufnahme der ersten Teilnockenwelle 11a. Mit anderen Worten nimmt das Antriebselement 14 ein weiteres Wellende 25c der ersten Teilnockenwelle 11a durch den Aufnahmebereich 37 auf. Das weitere Wellenende 25c der ersten Teilnockenwelle 11a ist dabei im Aufnahmebereich 37 des Antriebselements 14 axial verschiebbar angeordnet.
Wie in 3 ersichtlich, weist das weitere Wellenende 25c der ersten Teilnockenwelle 11a eine Materialabtragung auf, die einen weiteren Einlegebereich 38 bildet. Der weitere Einlegebereich 38 ist entsprechend dem Einlegebereich 32 einer der Teilnockenwellen 11a, 11b ausgestaltet. Hierzu wird auf die Beschreibung des Einlegebereichs 32 in 1 verwiesen.
Die erste Teilnockenwelle 11a ist mit dem Antriebselement 14 drehfest verbunden. Konkret ist die erste Teilnockenwelle 11a mit dem Antriebselement 14 formschlüssig verbunden. Es ist denkbar, dass zur Übertragung eines Drehmoments vom Antriebselement 14 auf die erste Teilnockenwelle 11a ein weiteres nicht dargestelltes Einlegeelement radial zwischen dem Antriebselement 14 und der ersten Teilnockenwelle 11a angeordnet ist. Dabei kann das nicht dargestellte Einlegeelement, wie das vorstehend in 2 beschriebene Einlegeelement 22 ausgestaltet sein.
Ferner ist denkbar, dass der Aufnahmebereich 37 des Antriebselements 14 eine zum weiteren Einlegebereich 38 komplementäre Gegenform aufweist, durch die das Antriebselement 14 mit der ersten Teilnockenwelle 11a drehfest axial verschiebbar verbunden ist.
Generell können die Teilnockenwellen 11a, 11b mehr als einen Einlegebereich 32 und/oder die erste Teilnockenwelle 11a mehr als einen weiteren Einlegebereich 38 zur Übertragung eines Drehmoments aufweisen. Mit anderen Worten können mehr als ein Einlegelement 32 radial zwischen den Teilnockenwellen 11a, 11b und dem Lagerelement 21 zur Übertragung eines Drehmoments angeordnet sein. Ferner können mehr als ein weiteres Einlegeelement 38 radial zwischen der ersten Teilnockenwelle 11a und dem Antriebselement 14 zur Übertragung eines Drehmoments angeordnet sein.
In einer weiteren Variante zur Drehmomentübertragung der Teilnockenwellen 11a, 11b können zwischen den Teilnockenwellen 11a, 11b und dem Lagerelement 14 oder zwischen der ersten Teilnockenwelle 11a und dem Antriebselement 14 ein oder mehrere zylinderförmige Nadelelemente angeordnet sein.
Des Weiteren ist denkbar, dass zur Drehmomentübertragung und/oder zur axialen Führung der Teilnockenwellen 11a, 11b, die Wellenenden 25a, 25b der Teilnockenwellen 11a, 11b und das Lagerelement 21, und/oder das weitere Wellenende 25c der ersten Teilnockenwelle 11a und der Aufnahmebereich 37 des Antriebselements 14 eine Formschlusskontur, bspw. eine Polygonkontur und/oder eine dreieckförmige Kontur und/oder eine mehreckige Kontur, aufweisen. Ferner können die Wellenenden 25a, 25b der Teilnockenwellen 11a, 11b und das Lagerelement 21, und/oder das weitere Wellenende 25c der ersten Teilnockenwelle 11a und der Aufnahmebereich 37 des Antriebselements 14 durch eine Verzahnung und/oder eine Einflachverbindung und/oder eine Zweiflachverbindung, insbesondere eine Mehrflachverbindung, drehmomentübertragend verbunden sein. Mit anderen Worten können die Wellenenden 25a, 25b der Teilnockenwellen 11a, 11b und das Lagerelement 21, und/oder das weitere Wellenende 25c der ersten Teilnockenwelle 11a und der Aufnahmebereich 37 des Antriebselements 14 eine unrunde Formschlusskontur aufweisen, durch die im Betrieb ein Drehmoment, insbesondere ohne ein zusätzliches Einlegeelement oder Nadelelement, übertragen wird.
Gemäß 3 umfasst das Antriebselement 14 eine Lagerung 15. Die Lagerung 15 ist hierbei durch ein Wälzlager gebildet. Die Lagerung 15 ist am Antriebselement 14 derart angeordnet ist, dass die Antriebskräfte, insbesondere Trumkräfte, des Weiteren, nicht dargestellten Antriebselements in einer gemeinsamen Ebene direkt in die Lagerung 15 einleitbar sind. Im Betrieb wird dadurch eine Verbiegung der ersten Teilnockenwelle 11a bzw. der gesamten Nockenwelle 10 verhindert. Ferner wirken dadurch keine Biegekräfte auf die drehfeste Verbindung der ersten Teilnockenwelle 11a und des Antriebselements 14, wodurch bei einem Verschiebevorgang der ersten Teilnockenwelle 11a ein Verklemmen im Aufnahmebereich 37 des Antriebselements 14 verhindert wird.
Gemäß 1 weisen die Teilnockenwellen 11a, 11b jeweils mehrere Nocken 16 auf. Konkret weisen die Teilnockenwellen 11a, 11b jeweils vier Doppelnocken 16a auf, die unterschiedliche Nockenkonturen umfassen. Jede Teilnockenwelle 11a, 11b weist einen ersten Nockenträgerabschnitt 23 und einen zweiten Nockenträgerabschnitt 24 auf. Dabei sind jeweils zwei Doppelnocken 16a in jeweils einem Nockenträgerabschnitt 23, 24 angeordnet. Die zwei Doppelnocken 16a sind am jeweiligen Nockenträgerabschnitt 23 voneinander beanstandet angeordnet.
Die Doppelnocken 16a jeweils eines Nockenträgerabschnitts 23 können gleich ausgerichtet sein. Gemäß 1 ist ersichtlich, dass die Doppelnocken 16a des ersten Nockenträgerabschnitts 23 zu den Doppelnocken 16a des zweiten Nockenträgerabschnitts 24 unterschiedlich ausgerichtet sind. Mit anderen Worten weisen die Doppelnocken 16a des ersten Nockenträgerabschnitts 23 und die Doppelnocken 16a des zweiten Nockenträgerabschnitts 24 zueinander einen Hubversatz auf. Es ist auch denkbar, dass die Doppelnocken 16a des ersten Nockenträgerabschnitts 23 und die Doppelnocken 16a des zweiten Nockenträgerabschnitts 24 gleich ausgerichtet sind, insbesondere zueinander keinen Huberversatz aufweisen.
Ferner umfassen die Teilnockenwellen 11a, 11b jeweils eine Schaltkulisse 17 zum axialen Verschieben der jeweiligen Teilnockenwellen 11a, 11b. Die Schaltkulisse 17 weist dabei zwei Kulissenbahnen auf, durch die die Teilnockenwellen 11a, 11b in beide Verschieberichtungen axial verschiebbar sind. Es ist auch denkbar, dass die Teilnockenwellen 11a, 11b jeweils zwei, nicht dargestellte Schaltkulissen umfassen, wobei durch jeweils eine Schaltkulisse die Teilnockenwellen 11a, 11b lediglich in eine Richtung axial verschiebbar sind.
In 4 ist ein weiteres erfindungsgemäßes Ausführungsbeispiel einer Nockenwelle 10 gezeigt. Die Nockenwelle 10 gemäß 4 unterscheidet sich von der Nockenwelle 10 gemäß den 1 bis 3 derart, dass die erste Teilnockenwelle 11a mit einem Antriebselement 14a fest verbunden ist. Allerdings ist das Antriebselement 14a gemäß 4 im Unterschied zum Antriebselement 14 gemäß 1 und 3 mit der ersten Teilnockenwelle 11a verschiebefest und drehfest verbunden. Wird somit die erste Teilnockenwelle 11a in axialer Längsrichtung verschoben, verschiebt sich das Antriebselement 14a mit, da das Antriebselement 14a und die erste Teilnockenwelle 11a fest miteinander verbunden sind. Hierbei können vorteilhaft ein zusätzliches Einlegeelement, ein weiterer Einlegebereich 38 sowie ein Aufnahmebereich 37 zur Drehmomentübertragung, wie in 1 und 3 gezeigt, entfallen.
Gemäß 4 ist das Antriebselement 14a als Zahnrad 39 ausgebildet. Das Antriebselement 14a kann, wie das Antriebselement 14 gemäß 1 und 3, durch ein Sinterteil, Drehteil und/oder Frästeil gebildet sein. Das Zahnrad 39 ist am weiteren Wellenende 25c der ersten Teilnockenwelle 11a angeordnet. Das Zahnrad 39 wirkt mit einem weiteren Zahnrad 41 zum Antreiben der Nockenwelle 10 zusammen. Die Zahnräder 39, 41 greifen dazu mit ihren Zähnen ineinander. Wie in 4 ersichtlich, ist das weitere Zahnrad 41 breiter als das Zahnrad 39. Mit anderen Worten ist das Zahnrad 39 der ersten Teilnockenwelle 11a schmäler als das weitere Zahnrad 41. Es ist auch denkbar, dass das Zahnrad 39 breiter als das weitere Zahnrad 41 ist. Dadurch wird vorteilhaft ein axiales Verschieben der ersten Teilnockenwelle 11a mit dem Zahnrad 39 unter kontinuierlichem Zahneingriff der beiden Zahnräder 39, 41 ermöglicht. Bei einem Verschieben der ersten Teilnockenwelle 11a und somit des Zahnrades 39 in Längsrichtung der Nockenwelle 10 wird das Zahnrad 39 zum weiteren Zahnrad 41 in Längsrichtung der Nockenwelle 10 relativ bewegt. Dabei verbleiben die Zahnräder 39, 41 unter ständigem Eingriff. Somit wird eine ständige Drehmomentübertragung, insbesondere bei einem Verschiebevorgang, vom weiteren Zahnrad 41 auf das Zahnrad 39 der ersten Teilnockenwelle 11a erreicht.
Bezuaszeichenliste

10: Nockenwelle
11: Teilnockenwelle
11a: erste Teilnockenwelle
11b: zweite Teilnockenwelle
12: Axialposition
13: Rasteinheit
14, 14a: Antriebselement
15: Lagerung
16: Nocken
16a: Doppelnocken
17: Schaltkulisse
20: Kopplungseinrichtung
21: Lagerelement
22: Einlegeelement
23: erster Nockenträgerabschnitt
24: zweiter Nockenträgerabschnitt
25: Wellenende
25a: Wellenende der ersten Teilnockenwelle
25b: Wellenende der zweiten Teilnockenwelle
25c: weiteres Wellenende der ersten Teilnockenwelle
26: Rastmittel
27: Federelement
28: zentrale Durchgangsöffnung
29: Stege
31: Rastnut
32: Einlegebereich
33: Einlegefläche
34: Materialstufe
35: gemeinsamer Einlegebereich
36: Antriebsbereich
37: Aufnahmebereich
38: weiterer Einlegebereich
39: Zahnrad
41: weiteres Zahnrad

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 102007052251 A1 [0001, 0003]

Claims

Nockenwelle (10), insbesondere Schiebenockenwelle, für einen Verbrennungsmotor, die wenigstens zwei Teilnockenwellen (11) und wenigstens eine Kopplungseinrichtung (20) umfasst, durch die die beiden Teilnockenwellen (11) zur Übertragung eines Drehmoments miteinander drehfest verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Teilnockenwellen (11) unabhängig voneinander axial verschiebbar sind und die Teilnockenwellen (11) durch die Kopplungseinrichtung (20) axial gelagert sind.
Nockenwelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kopplungseinrichtung (20) wenigstens ein Lagerelement (21), insbesondere ein Axiallager aufweist, durch das die beiden Teilnockenwellen (11) axial verschiebbar gelagert sind.
Nockenwelle nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Teilnockenwellen (11) im Lagerelement (21) zumindest teilweise angeordnet sind und die Teilnockenwellen (11) durch das Lagerelement (21) zur Übertragung eines Drehmoments miteinander drehfest gekoppelt sind.
Nockenwelle nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Teilnockenwellen (11) durch das Lagerelement (21) jeweils an wenigstens zwei Axialpositionen (12), insbesondere Rastpositionen, arretierbar oder arretiert sind.
Nockenwelle nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Teilnockenwellen (11) jeweils wenigstens eine Rasteinheit (13) umfassen, die mit dem Lagerelement (21) zur Arretierung, insbesondere axialen Sicherung, der jeweiligen Teilnockenwelle (11) zusammenwirken.
Nockenwelle nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine erste der beiden Teilnockenwellen (11) mit wenigstens einem Antriebselement (14), insbesondere einem Zahnriemenrad und/oder einem Kettenrad, axial verschiebbar drehfest verbunden ist.
Nockenwelle nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die erste der beiden Teilnockenwellen (11) mit wenigstens einem Antriebselement (14a), insbesondere einem Zahnrad, fest verbunden ist derart, dass sich das Antriebselement (14a) bei einem axialen Verschieben der ersten Teilnockenwelle (11) mit verschiebt.
Nockenwelle nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Antriebselement (14, 14a) mit der ersten der beiden Teilnockenwellen (11) zur Übertragung eines Drehmoments formschlüssig verbunden ist.
Nockenwelle nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Antriebselement (14, 14a) durch ein Sinterteil gebildet ist.
Nockenwelle nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Antriebselement (14, 14a) als Drehteil und/oder Frästeil ausgebildet ist.
Nockenwelle nach einem der Ansprüche 6 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Antriebselement (14) wenigstens eine Lagerung (15) umfasst, die am Antriebselement (14) derart angeordnet ist, dass die Antriebskräfte, insbesondere Trumkräfte, eines weiteren Antriebselements in einer gemeinsamen Ebene direkt in die Lagerung (15) einleitbar oder eingeleitet sind.
Nockenwelle nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Teilnockenwellen (11) jeweils wenigstens einen Nocken (16) zur Steuerung von Ventilen und/oder jeweils wenigstens eine Schaltkulisse (17) zum axialen Verschieben der Teilnockenwelle (11) umfasst.
Nockenwelle nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kopplungseinrichtung (20) wenigstens ein Einlegeelement (22) aufweist, das radial zwischen dem Lagerelement (21) und den Teilnockenwellen (11) angeordnet ist und das im Betrieb ein Drehmoment zwischen den Teilnockenwellen (11) überträgt.
Nockenwelle nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kopplungseinrichtung (20) und die Teilnockenwellen (11) jeweils eine Formschlusskontur aufweisen, durch die die Teilnockenwellen (11) mit der Kopplungseinrichtung (20) drehmomentübertragend gekoppelt sind.
Verbrennungsmotor mit einem Zylinderkopfgehäuse und wenigstens einer Nockenwelle (10), die wenigstens zwei Teilnockenwellen (11) und wenigstens eine Kopplungseinrichtung (20) umfasst, durch die die beiden Teilnockenwellen (11) zur Übertragung eines Drehmoments miteinander drehfest verbunden sind, wobei die Teilnockenwellen (11) unabhängig voneinander axial verschiebbar sind und die Teilnockenwellen (11) im Zylinderkopfgehäuse axial gelagert sind.
Kraftfahrzeug mit wenigstens einer Nockenwelle (10) nach Anspruch 1 oder einem Verbrennungsmotor nach Anspruch 15.