DE29922876U1

DE29922876U1 - Nockenwelle

Info

Publication number: DE29922876U1
Application number: DE29922876U
Authority: DE
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1998-12-29
Filing date: 1999-12-28
Publication date: 2000-05-04
Anticipated expiration: 2009-12-29

Description

Nockenwelle

Die Erfindung betrifft eine Nockenwelle mit einer zylindrischen Trägerwelle und mit mindestens einem verdrehfest angeordneten Nockenwellenelement mit einer zylindrischen Bohrung.

Für die verdrehsichere Befestigung von Nockenwellenelementen, insbesondere Nockenelementen, Antriebselementen und gegebenenfalls auch Lagerelementen auf einer Trägerwelle sind bereits eine Vielzahl von verschiedenen Möglichkeiten bekannt geworden. Spezielle Verfahren umfassen das Aufweiten einer Hohlwelle im Bereich der Nockenwellenelemente, die eine Durchstecköffnung aufweisen (EP-A 190 841, EP-A 282 166, EP-A 292 795, EP-A 303 845, EP-A 389 070), das Sintern der Nockenelemente aus Metallpulver auf der Welle (EP-A 364 028), das Einsetzen gewellter Spannhülsen zwischen eine längsgerillte Trägerwelle und das Nockenelement mit ebenfalls gerillter Durchstecköffnung (EP-A 745 757), das Festkleben der Nockenelemente auf einer längsgeriilten Trägerwelle (EP-A 119 112), die Ausbildung umfangsgerillter Bereiche auf der Trägerwelle, die von den Nockenwellenelementen verformt werden (EP-A 486 876, EP-A 521 354), das Festklemmen oder Verkeilen der Nockenwellenelemente auf der Trägerwelle (EP-A 170 187, EP-A 178 536, EP-A 178 537) usw. Allen gemeinsam ist eine zeit- und kostenaufwendige direkte Verbindung zwischen der Trägerwelle und den Nockenwellenelementen.

Es ist weiters bekannt, Nockenwellenelemente durch eine Verschraubung auf der Trägerwelle zu fixieren. So zeigt beispielsweise die WO-A 93/10336 ein Nockenelement, das eine diametrale oder schräge Gewindebohrung aufweist, in die eine die Trägerwelle diametral oder schräg durchsetzende Schraube eingesetzt wird. Die GB-A 12 38 175 zeigt ein Nockenelement mit einem axial umschließenden Befestigungsflansch, der auf der Trägerwelle verschraubt wird. Ähnlich erfolgt die Fixierung auch in einer Ausführung der WO-A 98/26161, in der das Nockenelement einen axialen Befestigungsfortsatz aufweist, in dem die Verschraubung mit der Trägerwelle erfolgt.

Weiters sind auch Kombinationen dieser beiden Befestigungsarten bekannt, in denen ein Splint oder dergleichen als formschlüssige Verdrehsicherung der Nockenelemente bei aufgeweiteten Hohlwellen (US-A 5,729,899) oder bei auf die Welle aufgesinterten

Nockenelementen (US-A 5,009,123) eingesetzt wird, der in eine stirnseitige Ausnehmung des Nockenelementes eingreift.

Die Erfindung hat es sich nun zur Aufgabe gestellt, eine wesentlich einfachere verdrehsichere Befestigung von scheibenförmigen, einfachen Nockenwellenelementen auf einer Trägerwelle zu schaffen. Erreicht wird dies dadurch, daß das Nockenwellenelement zwischen zwei die Trägerwelle durchsetzenden Stiften angeordnet und mit den aus der Trägerwelle vorstehenden Bereichen zumindest eines Stifts verbunden ist. Anstelle einer nur schwierig herstellbaren direkten, verdrehfesten Verbindung zwischen der glatten, zylindrischen Trägerwelle und der glatten zylindrischen Bohrung des Nockenwellenelementes erfolgt die Verbindung also jeweils über dessen Stirnseite außerhalb der funktionellen Bereiche der Trägerwelle und des Nockenwellenelementes.

In einer ersten bevorzugten Ausführung, in der die Verdrehsicherung durch einen Formschluß erfolgt, ist vorgesehen, daß zumindest ein Stift in eine stirnseitige, sich diametral erstreckende Nut des Nockenwellenelementes eingreift. Der Aufbau der Nockenwelle ist denkbar einfach. Ein mit der Nut versehenes Nockenelement wird so auf die Trägerwelle aufgeschoben, in die einer der beiden Stifte eingesetzt ist, daß die vorstehenden Enden des Stiftes in die Nut eingreifen und das Nockenelement drehgesichert ist. Anschließend wird, gegebenenfalls unter Einfügung von Distanzelementen, Lagerelementen und eines weiteren Nockenelementes der zweite Stift so in die zweite Bohrung der Trägerwelle eingesetzt, daß die Nockenwellenelemente axial festgelegt sind. Wenn ein weiteres Nockenelement vorgesehen wird, so greift der zweite Stift in dessen stirnseitige Nut ein. Sofern ein Paßsitz der Stifte in der Trägerwelle nicht ausreichend oder nicht gegeben ist, können die Stifte in jeder geeigneten Weise an der Trägerwelle fixiert werden, um nicht durch die Fliehkraft nach außen gedruckt zu werden. Die Querschnittsfläche der Nut entspricht in jedem Fall nur einer Teilfläche des Stiftes. Die Nockenwellenelemente weisen bevorzugt in beiden Stirnseiten je eine Nut auf, so daß jeweils zwei Stifte in jedes Nockenwellenelement eingreifen können. Für zwei axial voneinander nur gering beabstandete Nockenelemente können beispielsweise drei Stifte eingesetzt werden, wobei der mittige Stift in je eine Nut beider Nockenelemente eingreift.

Nockenelemente, die in der Ventilsteuerung mehrzylindrischer Verbrennungsmotoren in mehreren Winkelpositionen auf der Trägerwelle angeordnet werden, können mehrere

«4 · i

« · I I

diametrale Nuten aufweisen, die um den Winkel versetzt sind. Beispielsweise können die Nockenelemente für einen Vierzylinderreihenmotor, die jeweils um 90° verdreht sind, zwei zueinander rechtwinklig angeordnete Nuten in zumindest einer ihrer beiden Stirnflächen aufweisen. Es wäre auch denkbar, eine Nut an der einen und die zweite dazu rechtwinklige Nut an der zweiten Stirnfläche vorzusehen.

Eine weitere bevorzugte Ausführung sieht vor, daß die Nut V-förmig ausgebildet ist, und der Stift eine Querschnittsfläche aufweist, die aus einem Kreisabschnitt und einem Dreieck zusammengesetzt ist.

Insbesondere diese Ausführung eignet sich für eine Klemmbefestigung der Stifte in der Trägerwelle, wenn die Trägerwelle hohl ist und die Austrittsbohrung für den in die Nut eingreifenden Stift kleiner als die Eintrittsbohrung ist. Nach dem Einschieben des Stiftes in die gleich große Eintrittsöffnung wird durch die Kante des Stiftes der Rand der Austrittsöffnung geringförmig eingekerbt und dadurch der Stift verklemmt. Weist das Nockenwellenelement ein produktionsbedingtes geringes radiales Spiel auf der Trägerwelle auf, so wird durch die Einkerbung das Material der Trägerwelle nach außen gedrückt und hebt das Spiel des Nockenwellenelementes auf. Eine Befestigung des Stiftes an der Trägerwelle und ein eventueller Spielausgleich durch Materialverformung läßt sich auch dadurch erreichen, daß beide Enden des eingesteckten Stiftes gestaucht oder gequetscht werden. Ein derartiger Stift kann beispielsweise aus Aluminium od. dgl. bestehen.

In einer weiteren Ausführung ist zumindest einer der beiden Stifte durch eine längsgeschlitzte Federhülse gebildet, die beim Einsetzen in die Bohrung zusammengedrückt wird.

Mittels der beiden Stifte kann aber auch eine kraftschlüssige Verbindung zwischen der Trägerwelle und dem Nockenwellenelement erzielt werden, wenn die Trägerwelle durch einen Spannstab gebildet ist, und das Nockenwellenelement auf der Trägerwelle durch axiale Einspannung zwischen den beiden Stiften verdrehfest angeordnet ist. In diesem Fall ist der Abstand der beiden Bohrungen geringfügig kleiner als die Dicke des Nockenelementes, und es wird, um den zweiten Stift einstecken zu können, die Trägerwelle durch eine äußere Krafteinwirkung gedehnt. Der Stift kann nun lose eingesteckt werden, worauf die äußere Einwirkung wieder aufgehoben wird, sodaß der aus elastischem Material

• ii .·

• · &iacgr; <

bestehende Spannstab sich wieder verkürzt. Die vorstehenden Bereiche der beiden Stifte werden dadurch an die beiden Stirnseiten des Nockenelementes angepreßt. Eine axiale Einspannung kann auch durch Abkühlung nach einer thermischen Einwirkung erreicht werden.

In beiden Fällen ist zusätzlich zum Kraftschluß auch ein Formschluß erzielbar, wenn das Nockenelement zumindest eine stirnseitige Nut und/oder der Stift eine Schneide aufweist, die eine Einkerbung in der Stirnseite des Nockenelementes bewirkt.

Nachstehend wird nun die Erfindung an Hand der Figuren der beiliegenden Zeichnungen näher beschrieben, ohne darauf beschränkt zu sein.

Es zeigen:

Fig. 1 bis 4 eine erste Ausführung einer erfindungsgemäßen Nockenwelle, wobei Fig. 1 die Bestandteile in Schrägansicht, Fig. 2 eine Draufsicht, Fig. 3 eine Stirnansicht und Fig. 4 einen Längsschnitt darstellen,

Fig. 5 bis 8 eine zweite Ausführung, wobei Fig. 5 die Bestandteile in Schrägansicht, Fig. 6 eine Draufsicht, Fig. 7 eine Stirnansicht und Fig. 8 einen Längsschnitt darstellen,

Fig. 9 bis 12 ein dritte Ausführung, wobei Fig. 9 eine Schrägansicht, Fig. 10 eine Draufsicht, Fig. 11 und Fig. 12 einen Längsschnitt darstellen,

Fig. 13 und 14 eine Schrägansicht und einen Längsschnitt durch eine vierte Ausführung,

Fig. 15 bis 18 eine fünfte Ausführung einer Nockenwelle, wobei Fig. 15 eine Seitenansicht, Fig. 16 eine Stirnansicht, Fig. 17 eine Draufsicht und Fig. 18 einen Schnitt nach der Linie XIX-XIX von Fig. 17 zeigen,

Fig. 19 Bestandteile einer sechsten Ausführung einer Nockenwelle,

Fig. 20 eine Draufsicht auf die Ausführung von Fig. 19, und

Fig. 21 einen Schnitt nach der Linie XXI-XXI der Fig. 20.

Eine Nockenwelle weist eine insbesondere als Hohlwelle ausgebildete zylindrische Trägerwelle 1 mit glatter Umfangsfläche auf, auf der durch Formschluß Nockenwellenelemente mit glatter zylindrischer Mittelbohrung 8 drehfest angeordnet sind. Die derart befestigten Nockenwellenelemente umfassen vor allem die gezeigten Nockenelemente 6, aber auch Lagerelemente, Antriebselemente, usw. in der für den Verwendungszweck benötigten Anzahl. Insbesondere dient die Nockenwelle für den

Ventiltrieb von Brennkraftmaschinen, wobei sie beispielsweise für einen Vierzylinder-Reihenmotor vier Paare von um 90° versetzten Nockenelementen 6 aufweist.

Die formschlüssige Drehsicherung erfolgt in allen Ausführungsbeispielen durch mindestens einen Mitnehmer, der sowohl in den Trägerwellen 1 als auch in die Stirnseite des Nockenwellenelementes 1 eingreift.

In der Ausführung nach den Fig. 1 bis 4 weist die Trägerwelle 1 zwei voneinander beabstandete diametrale Bohrungen 3 auf, in die als Mitnehmer zylindrische Stifte 4 eingesetzt werden können. Das gezeigte Nockenelement 6 ist an beiden Stirnseiten mit einer diametralen Nut 7 versehen, die im Querschnitt einem Kreissegment entspricht.

Die Montage des Nockenelementes 6 ist extrem einfach: Das Nockenelement 6 wird durch die beidseitigen Stifte 4 verdrehfest und axial gesichert, die die Trägerwelle 1 durchsetzen, und deren vorstehenden Endabschnitte in die Nuten 7 eingreifen. Bei ausreichender Paßgenauigkeit ist nur noch eine einfache Sicherung der Stifte 4 in der Trägerwelle 1 erforderlich, beispielsweise durch eine Körnung, Punktschweißung oder dergleichen. Zumindest eine der Bohrungen 3 pro Stift 4 könnte auch mit einem Gewinde versehen sein, und der Stift 4 als Gewindeschraube ausgebildet sein.

Der axiale Abstand der Bohrungen 3 kann auch größer sein, sodaß beispielsweise durch zwei Stifte 4 auch zwei Nockenelemente 6 drehgesichert werden können, zwischen denen eine Distanzhülse oder dergleichen angeordnet wird.

In der Ausführung nach den Fig. 5 bis 8 sind die stirnseitigen Nuten 7 V-förmig ausgebildet und die Stifte 4 weisen eine Querschnittsfläche auf, die sich aus einem Halbkreis und einem gleichschenklig rechtwinkligen Dreieck zusammensetzt, sodaß am Stift 4 eine Kante 5 ausgebildet ist. Pro Stift 4 sind in der hohlzylindrischen Trägerwelle 1 Bohrungen 2, 3 mit unterschiedlichem Durchmesser vorgesehen, wobei der Durchmesser der Bohrungen 3, wie in der Ausführung nach den Fig. 1 bis 4, dem Stiftdurchmesser entspricht, hingegen die Bohrungen 2 geringfügig kleiner und axial so versetzt sind, daß die jeweils äußeren, die Längsachse der Trägerwelle 1 schneidenden Erzeugenden ineinander fallen. Die Stifte 4 sind an einem Ende abgeschrägt und werden durch die größere Eintrittsbohrung 3 in die Trägerwelle 1 eingeschoben. Beim Durchtritt durch die minimal kleinere Austrittsbohrung 2

wird durch die Kante 5 des Stiftes 4 der Bohrungsrand gekerbt und Material nach außen gedrückt, wobei diese Anhäufung mit 9 bezeichnet ist.

Der Stift 4 verklemmt sich beim Einschlagen in der Trägerwelle 1, sodaß eine zusätzliche Fixierung nicht notwendig ist, und die Materialanhäufung 9 schließt einen gegebenenfalls toleranzbedingten Spalt 10 zwischen der Trägerwelle 1 und dem Nockenelement 6, sodaß dieses auch radial festgelegt ist. Der Spalt 10 ist in den Fig. 7 und 8 aus Gründen der Deutlichkeit wesentlich vergrößert dargestellt, und sowohl die Durchmesserdifferenzen der Bohrungen 2 und 3 als auch der Trägerwelle 1 und der Mittelbohrung 8 des Nockenelementes 6 liegen im Bereich von wenigen Hundertstel von Millimetern.

In der Ausführung nach den Fig. 9 bis 12 ist ein Stift 14 rechtwinklig abgebogen und greift in eine zur Mittelbohrung 8 parallele Bohrung 16 des Nockenelementes 6 ein, das in dieser Ausführung nur an der zweiten Stirnseite eine Nut 7 aufweist, wenn der Stift 4 in der in den Fig. 1 bis 4 oder den Fig. 5 bis 8 gezeigten Art eingesetzt wird. Der Stift 4 kann aber auch wie in Fig. 10 und 12 deutlich erkennbar an der zweiten Stirnseite anliegen, da die Verdrehsicherung in Umfangsrichtung von dem in die Bohrung 16 ragenden Schenkel 15 des Stiftes 14 gegeben ist. Auch hier ist die Montage extrem einfach: Der Stift 14 wird in die Trägerwelle 1 eingesteckt, und das Nockenelement 6 verschoben, sodaß der Schenkel 15 in die Bohrung 16 eingreift. Anschließend wird der Stift 4 montiert und gegebenenfalls gesichert. Der Stift 4 könnte wiederum ein Gewindestift sein, wenn in der Trägerwelle zumindest eine Gewindebohrung vorgesehen wird. Eine Sicherung des Stiftes 14 ist nicht notwendig.

In der ebenfalls einen Spiel- bzw. Toleranzausgleich ermöglichenden Ausführung nach den Fig. 13 und 14 ist das Nockenelement 6 an einer Seite mit einer Nut 7 gemäß Ausführung 1 bis 4 oder 5 bis 8 versehen, und ein Stift 4 in der dort beschriebenen Weise eingesetzt. In der zweiten Stirnseite ist eine Nut 17 vorgesehen, die sich vom Rand der Mittelbohrung 8 beidseitig nach außen konisch erweitert. Der in die Nut 17 eingreifende Mitnehmer ist zweiteilig und besteht aus im Inneren der Trägerwelle miteinander verschraubbaren Teilstiften 11, 12, deren Kopf 13 jeweils sich konisch erweitert und eine Ausnehmung für ein Schraubwerkzeug, beispielsweise einen Inbusschlüssel aufweist. Die beiden Teilstifte 12, 13 werden jeweils von außen in die Bohrung 3 der Trägerwelle 1 eingesteckt und miteinander verschraubt, bis die Konusflächen der Nut 17 und des Kopfes 13 gegeneinander gepreßt

werden. Die Schraubverbindung zwischen den Teilstiften kann verklebt oder sonstwie gerichtet werden, wodurch sich eine gesonderte Fixierung der Teilstifte erübrigt.

In der Ausführung nach Fig. 15 bis 18 ist als Trägerwelle 1 ein Spannstab verwendet, in den mindestens ein Paar von axial beabstandeten Bohrungen 3 vorgesehen sind, wobei die eingesteckten Stifte 4 als Spannelemente wirken. Hier muß der Abstand der Bohrungen 3 zueinander vorher definiert werden, wobei die durch die äußere Krafteinwirkung zu erzielende Längenänderung, die bevorzugt in einem Bereich zwischen vier und sechs Promille liegt, einzurechnen ist. Die Bohrungen 3 werden daher beispielsweise so angeordnet, daß der Abstand zwischen den Anlageflächen 20 der Stifte 4 an den Stirnseiten des Nockenelementes 6 99,5% der axialen Erstreckung des einzuspannenden Nockenelementes 6 beträgt. Nachdem die Trägerwelle 1 um gut fünf Promille gedehnt worden ist, können die Stifte 4 lose in die Bohrungen 3 eingesteckt werden, und übertragen nach Abnahme der Spannvorrichtung die in die Trägerwelle 1 eingeleitete Spannkräfte auf das eingespannte Nockenelement 6.

In der Ausführung nach den Fig. 19 bis 21 ist ein Stift 4 mit Exzenterringen 21 oder dergleichen versehen, an denen die Anlagefläche 20 vorgesehen ist. Der Abstand der beiden Bohrungen 3 ist etwa um die mittlere Dicke der Exzenterringe 21 größer, so daß nach der Dehnung der auch in dieser Ausführung als Spannstab ausgebildeten Trägerwelle 1 eine spielfreie Anlage an der Stirnseite des Nockenelementes 6 erzielt werden kann, indem die Exzenterringe 21 verdreht werden. Die Stifte 4 bzw. die Exzenterelemente 21 können durch Schneiden oder Kanten gebildete Anlageflächen 20 aufweisen, die eine geringfügige Einkerbung in die Stirnseite des Nockenelementes 6 bewirken, sodaß auch ein Formschluß erzielt wird.

Die Verdrehsicherung jedes Nockenwellenelementes erfolgt in allen Ausführungen durch außerhalb des Funktionsbereiches des Nockenwellenelementes liegende Stifte 4, deren überstehende Bereiche jeweils nur zu einem kleinen Teil in das Nockenwellenelement eingreifen, so daß der überwiegende Teil jedes Stiftes 4 für seine Handhabung und Montage frei liegt. Ein einziger Stift 4 kann daher auch zwischen zwei Nockenwellenelementen, beispielsweise zwei Nockenwellenelementen 6 oder einem Nockenwellenelement 6 und einem Antriebselement vorgesehen sein und in beide eingreifen. Nockenelemente 6, die in unterschiedlichen Positionen auf der Trägerwelle angeordnet werden sollen, können mehr

als eine Nut pro Stirnseite aufweisen, beispielsweise zwei zueinander rechtwinkelige oder drei im Winkel von 120° einander schneidende Nuten, so daß alle Bohrungen 2, 3 der Trägerwelle gleichgerichtet sein können. Selbstverständlich können die Bohrungen 2, 3 aber auch in der Trägerwelle 1 um den jeweiligen Winkel versetzt sein. Die gezeigten Verdrehsicherungen können auch bei anderen Maschinenelementen als Weilen-Naben-Verbindungen vorgesehen werden, so daß sie nicht nur auf Nockenwellen beschränkt sind.

Weiters können zwischen zwei Stiften 4 auch mehrere Nockenwellenelemente vorgesehen sein, wenn zwischen den aneinander liegenden Stirnseiten der Nockenwellenelemente entsprechende formschlüssige bzw. kraftschlüssige Eingriffe ausgebildet sind.

Claims

1. Nockenwelle mit einer zylindrischen Trägerwelle (1) und mit mindestens einem verdrehfest angeordneten Nockenwellenelement (6) mit einer zylindrischen Bohrung (8), dadurch gekennzeichnet, daß das Nockenwellenelement (6) zwischen zwei die Trägerwelle (1) durchsetzenden Stiften (4) angeordnet und mit den aus der Trägerwelle (1) vorstehenden Bereichen zumindest eines Stifts (4) verbunden ist.

2. Nockenwelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest ein Stift (4) in eine stirnseitige, sich diametral erstreckende Nut (7) des Nockenwellenelementes (6) eingreift.

3. Nockenwelle nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Nut (7) V-förmig ausgebildet ist, und der Stift (4) eine Querschnittsfläche aufweist, die aus einem Kreisabschnitt und einem Dreieck zusammengesetzt ist.

4. Nockenwelle nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Trägerwelle (1) hohl ist und die Austrittsbohrung (2) für den in die Nut (7) eingreifenden Stift (4) kleiner als die Eintrittsbohrung (3) ist.

5. Nockenwelle nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest ein Stift (4) durch eine längsgeschlitzte Federhülse gebildet ist.

6. Nockenwelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Trägerwelle (1) durch einen Spannstab gebildet ist, und das Nockenwellenelement (6) auf der Trägerwelle (1) durch axiale Einspannung zwischen den beiden Stiften (4) verdrehfest angeordnet ist.