DE3321846A1

DE3321846A1 - Nockenwelle fuer die verwendung in einer brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE3321846A1
Application number: DE19833321846
Authority: DE
Inventors: Michiyoshi Matsuzaki; Shunsuke Saitama Takeguchi; Shigeru Urano
Original assignee: Nippon Piston Ring Co Ltd
Current assignee: Nippon Piston Ring Co Ltd
Priority date: 1982-06-17
Filing date: 1983-06-16
Publication date: 1983-12-22
Also published as: GB8316359D0; GB2121908B; GB2121908A; DE3321846C2; JPS58191305U

Description

33218A6

NIPPON PISTON RING CO., LTD.
2-6, kudankita 4-chome
Chiyoda-ku, Tokyo, Japan

16. Juni 1983 K 469')

Beschreibung

Hockenwelle für die Verwendung in einer Brennkraftmaschine

Die Erfindung bezieht sich auf eine Nockenwelle für die Betätigung von Einlaß- bzw. Ansaug- und Auslaßventilen in einer Brennkraftmaschine. Die Erfindung betrifft insbesondere eine Nockenwelle des Typs, der Nockenbuckel, Lagerzapfen und Zahnräder aufweist, die am Schaft; eines Stahlrohres befestigt sind.

Bezüglich Nockenwellen für den Einsatz in einer Brennkraftmaschine ist es erforderlich, daß diese abnutzungsbeständige Nockenbereiche sowie einen stabilen und einer Ermüdung widerstehenden Wellenteil aufweisen. Daneben ist es zuweilen erwünscht, daß die betreffenden Nockenwellen zur Einsparung von Kraftstoff leicht sind. Im allgemeinen sind einstückige Nockenwellen aus Hartguß oder aus gehärtetem Legierungs-Gußeisen hinsichtlich. des Abnutzungswiderstands bzw. der Verschleißfestigkeit

überlegen. Die Nockenwelle aus Gußeisen wird dabei jedoch mit der Länge nachteilig, da sie nämlich nicht verlängert werden kann, ohne daß das Verziehen durch das Gießen und die Dicke zur Erzielung einer gewünschten Festigkeit zunehmen.

Eine derartige zusammengesetzte Nockenwelle ist in der veröffentlichten Gebrauchsmusteranmeldung Sho 51-7367 und in der nicht geprüften veröffentlichten Patentanmeldung Sho ^h-h\2.d(i angegeben worden, und zwar als eine brauchbarere Nockenwelle, die einen Schaft aus einem Stahlrohr aufweist "nd die Nockenbuckel aus einer mit Öl imprägnierten Sinterlegierung aufweist. Die Nockenbuckel sind mit Hilfe von Nut-Vorsprungs-Kupplungen in Stellung gebracht. Die betreffende angegebene Nockenwelle weist einen Schaft auf, der mit Nuten in einer Anzahl versehen ist, die der Anzahl der Nockenbuckel entspricht, welche Anzahl doppelt so groß ist wie die Anzahl der Motorzylinder, da nämlich jeder

2U Zylinder zwei verschiedene Kurbelwinkel für die Betätigung seiner Einlaß- bzw. Ansaug- und Auslaßventile aufweist. Die Bereitstellung so vieler·Nuten auf dem betreffenden Schaft führt jedoch zu Nachteilen, deren einer darin besteht, daß der betreffende Schaft viele teure Bearbeitungsoperationen erfordert. Ein weiterer Nachteil liegt darin, daß der betreffende Schaft die Herabsetzung der Festigkeit aufgrund der Vielzahl von Nuten nicht ohne Zunahme des Gewichts und der Dicke zu kompensieren gestattet.

Wenn im Gegensatz dazu die Nuten in dem Schaft in der Anzahl kleiner gemacht werden als die Anzahl der Nockenbuckel, dann nehmen die Nockenbuckel in der Art und Weise ihrer Ausbildung zu, da sie nämlich Vorsprünge ~^5 aufweisen, die an zwei oder mehr unterschiedlichen Stellen gebildet sind, und zwar in Übereinstimmung

-] mit den verminderten Nuten. Jede Art des NockonbuckoLs aus einer Sinterlegierung oder aus Gußstahl bonütigt die Formung einer anderen Art von Form. Dies führt zu Nachteilen., deren einer darin liegt, daß die Nockenbuckel mit der Anzahl ihrer Arten teuer werden. Ein weiterer Nachteil liegt darin, daß die Wahrscheinlichkeit vorhanden ist, daß die Nockenbuckel mit der Anzahl ihrer Arten auf dem Schaft ungenau zusammengebaut werden.

Der Erfindung liegt demgemäß die Aufgjabe zugrunde, eine

Nockenwelle zu schaffen, die weniger 'kostet und die rentabler ist.

Darüber hinaus soll eine Nockenwelle bereitgestellt werden, die ein relativ geringes Gewicht und eine hohe Festigkeit aufweist.

Gelöst wird die vorstehend aufgezeigte Aufgabe durch die in den Patentansprüchen erfaßte Erfindung.

Anhand von Zeichnungen wird die Erfindung nachstehend beispielsweise näher erläutert.

Fig. 1 zeigt einen Längsschnitt der Nockenwelle gemäß der Erfindung.

Fig_e 2 zeigt in einer Perspektivansicht den relevanten

Teil der Nockenwelle gomä£ Fig. 1. Fig. 3 zeigt in einer Vorderansicht einen Nockenbuckel gemäß Fig. 1.

Fig. k zeigt eine Schnittansicht längs der in Fig. 1 eingetragenen Linie IV-IV, allerdings etwas gedreht.
Fig. 5 zeigt in einer ähnlichen Ansicht wie Fig. 2 eine weitere Ausführungsform gemäß der Erfindung.

- 6 Fig. 6 zeigt in einer Vorderansicht einen Nockenbuckel

gemäß einer weiteren Ausführungsform.

Nunmehr erfolgt, eine detaillierte Beschreibung. Durch die Erfindung ist eine zusammengesetzte Nockenwelle geschaffen, die sich dadurch auszeichnet, daß der Schaft mit einer Vielzahl von axial verlaufenden Nuten oder Vorsprüngen gebildet ist, die zur Verbund-AnIage mit zumindest einem Vorsprung oder einer Nut dienen, der bzw. die im Innenumfang des jeweiligen Nockenbuckels gebildet ist, wobei die betreffende Nut oder der betreffende Vorsprung in dew Innenumfang des Nockenbukkels um einen vorgewählten Winkel von einer Symmetrielinie aus versetzt ist, welche durch die Spitze der Nockennase verläuft. Außerdem ist der vorgewählte Winkel halb so groß wie ein Winkel, der durch die entsprechenden Nockennasen eines Paares von Ansaug- bzw. Einlaß- und Auslaß-Nockenbuckeln definiert ist.

Die Nockenwelle gemäß der Erfindung wird nunmehr unter Bezugnahme auf die Zeichnungen im einzelnen beschrieben. Fig. 1 zeigt im Längsschnitt eine Ausführungsform der Erfindung mit einem Stahlrohrschaft 1, mit Einlaß- bzw. Ansaug-Nockenbuckeln 31» 33» 35» 37 > niit Auslaß-Nockenbuckeln 32, 3^» 36» 38, mit Lagern 4, mit einem Zahnrad 5, mit einem antriebsseitigen Endteil 21 und mit einem freien Endteil 22. Alle diese Elemente sind dabei einzeln auf dem betreffenden Schaft angebracht. -Teuer Nokkenbuckel weist einen Vorsprung 30 auf, der in seinem Inneaumfang gebildet ist, um mit einer von axial verlaufenden Nuten 13 gekoppelt zu werden, die im Umfang des Schaftes 1 gebildet sind. Der Mockenbuckel besteht im allgemeinen aus einer Sinterlegierung, die gut formbar ist, eine geeignete Schmierfähigkeit mit sich bringt und metallurgisch verschleißfest ist. Der Nockenbuckel besteht insbesondere aus einer in der Flüssigkeitsphase

* β * f*

gesinterten Legierung, um eine hohe Druckfestigkeit und metallurgische Verbindung mit dem Schaft zu erzielen, wenn die Anordnung des Nockenbuckels und des Schaftes als ein Stück bei einer Temperatur gesintert werden, um eine Diffusion der Flüssigkeitsphase hervorzurufen.

Die Lager 4, das Zahnrad 5 und die Endteile 21, 22 brauchen nicht eine hohe Verschleißfestigkeit aufweisen, weshalb sie aus Stahl, Kunstharz, Gußeisen oder einer Sinterlegierung bestehen können.

Wie aus Fig. 2 hervorgeht, sind in dem Schaft 1 gebildete axial verlaufende Nuten 11, 12, 13, 14 in entsprechender Anzahl vorgesehen wie die Zylinder eines nicht dargestellten Vier-Zylinder-Motors, um jeden Nockenbukkel in einer bestimmten Position einzustellen. Jeder Nockenbuckel weist einen Vorsprung 30 auf, der an seinem Innenumfang 39 gebildet ist, um mit einer von vier Nuten 11, 12, 13 und I^ in Anlage gebracht zu werden. Die Nockenbuckel 31» 32 für den ersten Zylinder sind winkelmäßig durch die Nut 11 positioniert, in der die Vorsprünge 30 untergebracht sind; die Nockenbuckel 33» 34 für den zweiten Zylinder sind durch die Nut 12 positioniert, mit der die entsprechenden Vorsprünge 30 in Verbindung stehen. Die anderen Nockenbuckel für den dritten Zylinder und für den vierten Zylinder sind durch die Nuten 13, 1^· positioniert. Das Lager k ist metallurgisch an dem Schaft 1 gesichert bzw. befestigt.

Wie aus Fig. 3 hervorgeht, ist der Vorsprung 30 um einen Winkel von β von einer Symmetrielinie A-A aus versetzt, die durch die Nockennase 300 des Nockenbukkels 3 verläuft.

Wie aus Fig. k hervorgeht, weisen die Ansaug- bzw. Einlaß- und Auslaß-Nockenbuckel 31» 32 Nockennasen auf, die auf den Seiten angeordnet sind, welche in Bezug

- 8 auf eine Ebene jeweils gegenüberliegend verlaufen, die durch die entsprechenden Vorsprünge JO hindurchlaufen. Die beiden Symmetrielinien der Ansaug- bzw. Einlaß- und Auslaß-Nockenbuckel 31 » 32 legen einen Winkel von U fest und schneiden die Ebene unter demselben Winkel β auf den gegenüberliegenden Seiten. Die Ansaug- bzw. Einlaß- und Auslaß-Nockenbuckel 31, 32 sind von identischer Form, jedoch umgekehrt zueinander, wobei ihre Vorsprünge 30 in einer gemeinsamen Nut in dem Schaft untergebracht sind. Dies führt dazu, daß die Anzahl der Nuten halb so groß ist wie die Anzahl der Nockenbuckel oder entsprechend der Anzahl der Zylinder. Der Winkel von Pi ist halb so groß wie der Winkel von o( , der durch die entsprechenden Nockennasen der Einlaß- bzw. Ansaug- und Auslaß-Nockenbuckel 3I und 32 desselben Zylinders festgelegt ist.

In dem Fall, daß der Nockenbuckel aus einer Sinterlegierung besteht, kann Legierungspulver in derselben Art der Formung geformt und in eine Art des Nockenbuckels geformt werden, die sowohl als Einlaßventilnocke als auch als Auslaflventilnocke verfügbar ist, wenn sie umgedreht wird.

Der Schaft der Nockenwelle gemäß der Erfindung weist Nuten auf, die in der Anzahl auf die Hälfte bezogen auf den konventionellen Schaft vermindert sind. Dies führt zu Vorteilen, deren einer darin liegt, do.ß die teuren Bearbeitungsgänge erheblich vermindert sind.

Ein wei terer Vorteil besteht darin, daß der Schaft aufgrund der Nuten eine geringere Verminderung in der Festigkeit zeigt.

Bei einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ge- ^Jj maß Fig. 5 weist der Schaft 1 einen Vorsprung 10 anstelle der Nut bei der zuvor betrachteten Ausführungs-

_ 9 fo|rm auf, während der Nockenbuckel 3 niit einer Nut 30 für eine Befestigungsanlage an dem Vorsprung versehen ist. Der Schaft kann ohne Verlust seiner Festigkeit dünner ausgebildet werden, da er keine Nut aufweist.

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Die Nockenbuckel und der Schaft werden einfach und genau dadurch zusammengebaut, daß vor dem Zusammenbauen eine Markierungsnut 17 gebildet wird, welche den individuellen Zylinder auf dem Vorsprung 10 anzeigt, und dajß eine weitere Markierung 301 auf der Seite des Nokkenbuckels gebildet wird. Die Ansaug- bzw. Einlaß- und Auslaß-Nockenbuckel 31 und 32 sind leicht paarweise zusammengestellt, wenn ihre selben Markierungen 301 zueinander zeigen, und ihre Winkel- und AxialStellungen auf dem Schaft können durch die Markierung 17 bestätigt werden.

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Der Vorsprung oder die Nut des Nockenbuckels 3 kann nicht nur auf der Seite der Nockennase 300 gebildet werden, wie dies in Fig« 3 veranschaulicht ist, sondern auch auf der der Nockennase 300 gegenüberliegenden Seite, wie dies aus Fig. 6 ersichtlich ist, gemäß der der Nockenbuckel 3 einen Vorsprung 30 aufweist, der an einer Stelle angeordnet ist,welche um einen Winkel β von der Symmetrielinie A-A entfernt ist, die durch die Nockennase 300 hindurchläuft, wobei der betreffende Vorsprung auf der der betreffenden Nockennase gegenüberliegenden Seite liegt. Der Nockenbuckel kann zwei Vorsprünge auf derselben Seite und auf gegenüberliegenden Seiten der Nockennase aufweisen, falls die Seite markiert ist.

Der Stahl-Nockenbuckel kann so viele Vorsprünge aufweisen, wie Zylinder vorgesehen sind. So kann er beispielsweise vier Vorsprünge im Falle eines Motors mit vier Zylindern aufweisen, wobei jeder Vorsprung eine Phasendifferenz von 90 aufweist. Im Falle eines aus

-ιοί einer Sinterlegierung bestehenden Nockenbuckels ist es jedoch wünschenswert, einen einzigen Vorsprung zur Verfügung zu haben, da nämlddi der betreffende Vorsprung eine Belastung für die Metallform darstellt. Der Vorsprung ist ziemlich in die Form eines Bogens anstatt in die Form eines Dreiecks gebracht.

Die Vorsprünge oder Nuten in dem Schaft sind ähnlich bzw. entsprechen der Anzahl der Zylinder. Dabei sollten jedoch zwei oder mehr Zylinder mit derselben Phase als ein Zylinder gezählt werden. So werden beispielsweise acht Zylinder als vier Zylinder gezählt, wenn alle zwei Zylinder dieselbe Phase vorliegt, was dazu führt, daß der Schaft mit vier Vorsprüngen oder Nuten gebildet ist. Dies bedeutet, daß die Nockenwelle gemäß der Erfindung mit der Anzahl bzw. mit zunehmender Anzahl von Zylindern vorteilhafter wird.

Claims

P at ent an Sprüche Nockenwelle Tür die Verwendung in, einer eine Vielzahl von Zylindern aufweisenden Brennkraftmaschine, dadurch gekennzeic h η e t daß ein Schaft (i) aus einem Stahlrohr vorgesehen ist, auf dem eine Vielzahl von Nockenbuckeln (3I bis 38) angebracht ist und der in Umfangsrichtung mit einer Vielzahl von Nut-VorSprungs-Mitnehmern (30) für eine

1.0 Verbindungsanlage mit zumindest einem Nut-Vorsprungs-Mitnehmer (30) versehen ist, der im Innenumfang des jeweiligen Nockenbuckels (3I bis 38) gebildet ist und daß der Nut-Vorsprungs-Mitnehmer (30) i^m Innenumfang des Nockenbuckels (z.B. 31) unter einem be-

15 stimmten Winkel (73 ) von einer Symmetrielinie des betreffenden Nockenbuckels aus verläuft, die durch eine Nockennase (300) hindurchverläuft, wobei der betreffende bestimmte Winkel (β ) halb so groß ist wie ein Winkel (o( ), der durch die Nockennasen (300) eines

20 Paares von Einlaß- und Auslaß-Nockenbuckeln festgelegt ist.

2. Nockenwelle nach Anspruch 1,dadurch gekennzeichnet , daß die Anzahl der Nut-Vorsprungs -Mitnehmer (11 bis 14) in dem Schaft (1) höchstens gleich der Anzahl der Zylinder ist.

3. Nockenwelle nach Anspruch 1,dadurch gekennzeichnet , daß der Nockenbuckel aus einer Sinterlegierung besteht.

4. Nockenwelle nach Anspruch 1,dadurch gekennzeichnet, daß der Nut-Vorsprungs-Mitnehmer (30) im Innenumfang des Nockenbuckels auf der Seite der Nockennase (300) liegt.

5. Nockenwelle nach Anspruch 1,dadurch. gekennzeichnet , daß der Schaft (1) in Umfangsrichtung mit Nuten (11 bis 14) als Nut-Vorsprungs-Mitnehmer versehen ist
und daß der jeweilige Nockenbuckel zumindest einen Vorsprung (3O) als Nut-Vorsprungs-Mitnehmer aufweist.

6. Nockenwelle nach Anspruch 1,dadurch gekennzeichnet , daß der Schaft (1) in Umfangsrichtung mit Vorsprüngen als Nut-Vorsprungs-Mitnehmer versehen ist

und daß der jeweilige Nockenbuckel mit zumindest einer Nut (30) als Nut-Vorsprungs-Mitnehmer versehen ist. (Fig. 5)