DE19618253C1 - Nocken einer Nockenwelle zur Steuerung eines Ventils in Hubkolben-Brennkraftmaschinen - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Nocken einer Nockenwelle zur Steuerung eines Ventils in Hubkolben-Brennkraftmaschinen, durch den das Ventil über einen Flachstößel gegen die Kraft einer Schließfeder geöffnet wird, wobei im Nocken im Bereich der Nockenspitze ein Einsatz eingebettet ist, dessen Außenumfang im Beschleunigungsbereich des Nockens einen Teil von dessen Lauffläche bildet.

Zur Optimierung der Gaswechselsteuerung bei Hubkolben-Brennkraftmaschinen ist man bestrebt, das maximale Drehmoment in den Bereich niedriger Drehzahlen zu legen und die Überschneidung der Einlaß- und Auslaßventilseiten zu verringern. Als Folge kommt es zu einer zunehmenden mechanischen Belastung der Nocken, aufgrund einer Verkleinerung des Nockenspitzenradius und häufig auch durch eine Vergrößerung des Nockenhubes. Im Zu­ sammenhang mit der erhöhten mechanischen Belastung der Nocken treten im übrigen erhöhte Reibungsverluste auf, die den Kraftstoffverbrauch erhöhen.

Um die zulässige Hertz′sche Flächenpressung zwischen dem Nocken und dem Nockenfolger zu erhöhen, ist es durch die DE 37 43 816 A1 bereits bekannt geworden, in die Nockenspitze einen im wesentlichen dreieckigen Hartmetalleinsatz einzubetten, der den wesentlichen Teil der Umfangsfläche des Nockens zumindest im Beschleunigungsbereich bildet und seitlich, sowie an der radial inneren Begrenzungsfläche, mit dem Nockenmaterial verlötet ist. Der hier beschriebene Nocken hält zwar bereits einer erheblich höheren spezifischen Flächen­ pressung stand, die eine Nockenstruktur ermöglicht, mit der eine Ventilerhebungskurve mit einer sehr steilen Anstiegsflanke verwirklicht werden kann; ein gleichzeitiger Anstieg der Reibungsverluste kann mittels dieser Lösung jedoch nicht verhindert werden.

Aus dem DVL-Jahrbuch, 1933, Seite 6, Abb. 15 ist auch bereits ein Nocken bekannt geworden, der in seiner Nockenspitze eine Laufrolle aufweist. Die Laufrolle ist hier jedoch direkt am Nocken angeordnet.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Lösung zu schaffen, die durch die Anordnung einer Laufrolle eine deutliche Reduzierung der Reibungsverluste ermöglicht und dabei mit vertretbarem Kostenaufwand realisierbar ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Die weitere Ausgestaltung der Erfindung ist den Unteransprüchen zu entnehmen.

Dadurch, daß in dem Einsatz eine Laufrolle drehbar gelagert ist, die den Außenumfang des Einsatzes im Bereich der Nockenspitze überragt und dort die Lauffläche bildet, wobei die Laufrolle und der Außenumfang des Einsatzes im Bereich des Übergangs gleiche Radien aufweisen, lassen sich insbesondere die Reibungskräfte zwischen der Lauffläche des Nockens und dem Stößel deutlich reduzieren. Es wird auch gerade im kritischen Bereich der höchsten Rückstellkraft der Stößelfeder ein reibungsarmes Abrollen erzielt. Hierdurch wird zusätzlich der mechanische Verschleiß verringert. Die erfindungsgemäße Anordnung einer Rolle im Nocken ist überraschenderweise möglich geworden, indem die Rolle in einem in den Nocken eingepaßten Einsatz angeordnet wurde. Eine Anordnung einer Rolle direkt in einem Nocken ist aus fertigungstechnischen Gründen mit vertretbarem Kostenaufwand nicht realisierbar.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist der Einsatz eine Aussparung mit seitlichen Schenkeln auf, in der die Laufrolle auf einer in den seitlichen Schenkeln be­ festigten Achse gelagert ist.

Vorteilhaft ist es, wenn der Außenumfang des Einsatzes an den beiden Übergängen zum Außenumfang der Laufrolle jeweils einen Absatz aufweist, hinter dem der Außenumfang des Einsatzes zurückgesetzt verläuft. Dieser Absatz bewirkt, daß der Außenumfang der Laufrolle stets exakt an den beiden Übergängen der hier gleichen Radien von Laufrolle und Einsatz auf den Stößel aufläuft. Die Anforderungen an die Maßhaltigkeit der Positionierung der Achse in den seitlichen Schenkeln können so herabgesetzt werden. Letztlich ermöglicht insbesondere auch diese Maßnahme eine rationelle Massenfertigung des erfindungsgemäßen Nockens.

Im Rahmen der Erfindung ist es weiterhin vorgesehen, daß die Laufrolle von wenigstens einem Wälzlager gebildet ist. Vorzugsweise bilden zwei Wälzlager die Laufrolle. Wie sich gezeigt hat, ermöglicht es der Einsatz von zwei handelsüblichen Wälzlagern, der Laufrolle eine an die auftretende Flächenpressung angepaßte Breite, d. h. die erforderliche Auflage­ fläche für den Stößel zu geben. Aus der Möglichkeit, handelsübliche Wälzlager einzusetzen, ergibt sich eine weitere, durchaus überraschende vorteilhafte Kosteneinsparung.

Zur Erhöhung der Verschleißfestigkeit ist die Laufrolle, sofern sie nicht von Wälzlagern mit hochverschleißfesten Laufringen gebildet ist, vorzugsweise aus einem hochlegierten, ggfs. gehärteten Stahl gefertigt.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist es vorgesehen, daß der Einsatz mit dem Nocken verschraubt ist und eine Führung aufweist, die in einer Ausnehmung im Bereich einer Führungsfläche des Nockens paßgenau eingreift. Diese Lösung ermöglicht es, die Aufnahme für den Einsatz am Nocken mittels eines einfachen Fräsvorganges vorzubereiten. Die am Ein­ satz vorgesehene Führung ermöglicht es, den Einsatz am Nocken exakt zu positionieren, so daß die Laufflächen präzise ineinander übergehen.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1, einen Querschnitt durch einen Nocken;

Fig. 2, den Nocken gem. Fig. 1 in der Längsansicht, im Bereich der Laufrolle im Quer­ schnitt dargestellt.

In der Zeichnung ist mit 1 ein Nocken einer Nockenwelle 13 bezeichnet, an dem in einer Ausnehmung 17 ein Einsatz 2 mit einer Laufrolle 3 befestigt ist. Der Einsatz 2 weist eine Aussparung 4 mit seitlichen Schenkeln 5 auf, zwischen denen die Laufrolle 3 auf einer in den seitlichen Schenkeln 5 befestigten Achse 6 drehbar gelagert ist. Die Laufrolle 3 wird von zwei Wälzlagern mit Wälzkörpern 7 gebildet und auf der Achse 6 gelagert.

Der Einsatz 2 ist an einer Führungsfläche 8 des Nockens 1 angesetzt und mittels einer Schraube 9 befestigt. Der Einsatz 2 weist eine Führung 10 auf, die in eine Ausnehmung 11 im Bereich der Führungsfläche 8 des Nockens 1 Paßgenau eingreift. Außerdem ist der Einsatz 2 an Seitenflächen der Ausnehmung 17 geführt. Es ist so möglich, den Einsatz 2 an dem Nocken 1 exakt ausgerichtet zu positionieren.

Der Außenumfang 12 des Einsatzes 2 bildet im Beschleunigungsbereich des Nockens 1 einen Teil von dessen Lauffläche. Der Außenumfang 14 der Laufrolle 3 überragt den Außenumfang des Einsatzes 2 im Bereich der Nockenspitze und bildet dort die Lauffläche. Der Außenumfang 14 der Laufrolle 3 und der Außenumfang 12 des Einsatzes 2 weisen im Bereich des Übergangs gleiche Radien auf. Aufgrund der gleichen Radien im Bereich der Übergänge der Außenumfänge 12 und 14 ergeben sich kontinuierlich ineinander übergehende Laufflächen am Nocken 1. Der an der Lauffläche des Nockens 1 anliegende Stößel 15 wird folglich gleichförmig und stoßfrei angetrieben. Das gleiche gilt für den Übergang des Außenumfangs 16 des Nockens 1 zum Außenumfang 12 des Einsatzes 2. Hier stellt die in die Ausnehmung 11 des Nockens 1 paßgenau eingreifende Führung 10 des Einsatzes 2 den exakten Übergang der Lauffläche sicher.

Der Außenumfang 12 des Einsatzes 2 weist im übrigen genau an den beiden Übergängen zum Außenumfang 14 der Laufrolle 3 jeweils einen kleinen Absatz 18 auf, hinter dem der Außenumfang 12 des Einsatzes zurückgesetzt verläuft. Dieser Absatz 18 bewirkt, daß der Außenumfang 14 der Laufrolle 3 stets exakt an den beiden Übergängen der hier gleichen Radien von Laufrolle 3 und Einsatz 2 auf den Stößel 15 aufläuft. Die Anforderungen an die Maßhaltigkeit der Positionlerung der Achse 6 in den seitlichen Schenkeln 5 können so herabgesetzt werden. Letztlich ermöglicht insbesondere auch diese Maßnahme, neben dem Einsatz handelsüblicher Wälzlager, eine rationelle Massenfertigung des erfindungsgemäßen Nockens 1.

Claims (7)

1. Nocken (1) einer Nockenwelle (13) zur Steuerung eines Ventils in Hubkolben-Brenn­ kraftmaschinen, durch den das Ventil über einen Stößel (15) gegen die Kraft einer Schließfeder geöffnet wird, wobei im Nocken (1) im Bereich der Nockenspitze ein Einsatz (2) eingebettet ist, dessen Außenumfang im Beschleunigungsbereich des Nockens (1) einen Teil von dessen Lauffläche bildet, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Einsatz (2) eine Laufrolle (3) drehbar gelagert angeordnet ist, deren Außenumfang (14) den Außen­ umfang (12) des Einsatzes (2) im Bereich der Nockenspitze überragt und dort die Lauf­ fläche bildet, wobei die Laufrolle (3) und der Außenumfang des Einsatzes (2) im Bereich des Übergangs gleiche Radien aufweisen.

2. Nocken (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Einsatz (2) eine Aus­ sparung (4) mit seitlichen Schenkeln (5) aufweist, in der die Laufrolle (3) auf einer i n den seitlichen Schenkeln (5) befestigten Achse (6) gelagert ist.

3. Nocken (1) nach den Ansprüchen 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Außen­ umfang (12) des Einsatzes (2) an den beiden Übergängen zum Außenumfang (14) der Laufrolle (3) jeweils einen Absatz (18) aufweist, hinter dem der Außenumfang (12) des Einsatzes (2) zu rückgesetzt verläuft.

4. Nocken (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Laufrolle (3) von wenigstens einem Wälzlager gebildet ist.

5. Nocken (1) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Laufrolle (3) von zwei Wälzlagern gebildet ist.

6. Nocken (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Lauf­ rolle (3) aus einem hochlegierten, ggfs. gehärteten Stahl gefertigt ist.

7. Nocken (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Einsatz (2) mit dem Nocken (1) verschraubt ist und eine Führung (10) aufweist, die in eine Ausnehmung (11) im Bereich einer Führungsfläche (8) des Nockens (1) paßgenau eingreift.