DE3943426C1 - - Google Patents
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- F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
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- F01L1/00—Valve-gear or valve arrangements, e.g. lift-valve gear
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- F01L1/047—Camshafts
- F01L2001/0471—Assembled camshafts
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Description
Die Erfindung betrifft eine Nockenwelle für ventilge
steuerte Verbrennungsmotoren mit zwei ineinanderliegenden
Wellenelementen, die gleitend ineinander gelagert sind,
wobei erste Nockenelemente mit dem innenliegenden
Wellenelement und zweite Nockenelemente mit dem
außenliegenden Wellenelement verbunden sind, und das
außenliegende Wellenelement den Nockenelementen des
innenliegenden Wellenelementes zugeordnete Wandöffnungen
aufweist, durch die die Nockenelemente mit dem innen
liegenden Wellenelement verbindende Stifte hindurch
treten. Hierbei können zum Beispiel die Nockenelemente des
einen Wellenelements die Betätigung der Einlaßventile und
die Nockenelemente des anderen Wellenelements die Betäti
gung der Auslaßventile der Zylinder bewirken. Hiermit ist
die Ventilüberschneidung veränderlich, während die Ven
tilöffnungszeiten absolut nicht beeinflußbar sind. Es
können aber auch die Nockenelemente des einen Wel
lenelements und Nockenelemente des anderen Wellenelements
jeweils die Betätigung von Einlaßventilen gleicher Zy
linder bewirken. Hierbei kann die Betätigung der Auslaß
ventile der Zylinder von weiteren Nockenelementen eines
der beiden genannten Wellenelemente oder von denen einer
zweiten Nockenwelle bewirkt werden. Hierdurch sind die
Ventilüberschneidungszeiten bei gleichzeitiger Veränderung
der Ventilöffnungszeit der Einlaßventile veränderbar.
Es ist bekannt, daß bei Verbrennungsmotoren im Bereich der
Teillast und niedriger Drehzahlen eine geringe Überschnei
dung der Ventilöffnungsphasen von Auslaß- und Einlaßven
tilen aufgrund dynamischer Gaswechseleinflüsse sinnvoll
ist, während vor allem im Bereich höherer Lasten eine
erhebliche Überschneidung vorteilhaft ist. Bei Verbren
nungsmotoren, bei denen den Einlaßventilen und Auslaßven
tilen jeweils eine eigene Nockenwelle zugeordnet ist, kann
dies mit verhältnismäßig einfachen Maßnahmen im Antrieb
verwirklicht werden, beispielsweise indem ein Zugtrum
eines Antriebsriemens mittels einer Verstellrolle verkürzt
oder verlängert wird. Bei einfacheren Verbrennungsmotoren
mit nur einer Nockenwelle zur Betätigung der Einlaß- und
Auslaßventile ist diese Relativverstellung der Nocken
zueinander, die nicht nur im Hinblick auf günstiges Dreh
moment bei niedrigen Drehzahlen und hohe Leistungen bei
hohen Drehzahlen, sondern auch in Bezug auf Emissionswerte
nach heutigem Stand der Technik zu fordern ist, mit einer
verstellbaren Nockenwelle der oben genannten Art zu lösen.
Eine Nockenwelle dieser Art ist aus der DE 36 24 827 A1
bekannt. Hierbei gleiten die dem inneren Wellenelement
zugeordneten Nockenelemente mit einer zylindrischen Boh
rung auf dem außenliegenden Wellenelement, das einen der
Nockenerhebung gegenüberliegenden Umfangsschlitz aufweist,
durch den ein einzelner radialer Befestigungsstift hin
durchtritt, der das Nockenelement mit dem zugeordneten
innenliegenden Wellenelement verbindet. Es ist offensicht
lich, daß diese Art der punktuellen Befestigung eine Ver
formung des innenliegenden Wellenelementes im Bereich der
Bolzenbefestigung bei Drehmomentbeaufschlagung des Nockens
zur Folge haben kann. Hierdurch sind genaue Steuerzeiten
nicht einzuhalten. Es ist mit Beschädigungen an der Be
festigung zu rechnen.
Hiervon ausgehend liegt der Erfindung die Aufgabe zugrun
de, eine Nockenwelle der eingangs genannten Art bereitzu
stellen, bei der eine sichere und winkelgetreue Verbindung
zwischen dem innenliegenden Wellenelement und den zugeordneten
Nocken besteht.
Die Lösung hierfür besteht darin,
daß die ein erstes Nockenelement mit dem innenliegenden
Wandelement verbindenden Stifte das außenliegende Wellen
element in zwei radial gegenüberliegenden Wandöffnungen
durchdringen. Wesentlich ist also, daß die mit einer zy
lindrischen Innenbohrung ausgeführten ersten Nockenelemen
te mit dem innenliegende Wellenelement doppelt an einander
gegenüberliegenden Stellen verstiftet werden, um Verfor
mungen am Nocken und am Wellenkörper zuverlässig zu ver
meiden. In einer ersten günstigen Ausführung werden die
Stifte vom Grundkreis der Nocken aus eingesetzt und rei
chen bis in die Nockenerhebung. Dies können zwei kürzere
Stifte unterschiedlichen Durchmessers oder ein einziger
durchgehender Stift sein. Nach einer zweiten bevorzugten
Ausgestaltung weisen die Nocken zumindest einseitig eine
Ansatzhülse auf, die von einem einzelnen Stift durchsetzt
wird.
Für die Stifte ist bevorzugt ein Preßsitz vorgesehen. Um
keine Radialverspannungen der Wellenelemente gegeneinander
zu erzeugen kann hierzu das Einsetzen und Einschrumpfen
von unterkühlten Stiften angewendet werden. Die Wellenele
mente sind zumindest an ihren Enden oder auch an allen
Lagerstellen gleitend ineinander geführt und abgestützt.
Ein geeignetes Verbindungsverfahren für das außenliegende
Wellenelement mit den zugeordneten Nocken besteht in einem
in Abschnitten vollzogenen inneren Aufweiten des Rohrkör
pers im Bereich der Nockenelemente, insbesondere mit hy
draulischer Druckerzeugung. Ebenso ist ein vom Rohrinneren
durchgeführtes Laserschweißen unter Zuhilfenahme eines
Umlenkspiegels möglich, wie es als solches bekannt ist.
Die Herstellung der Nockenwelle erfolgt in der Weise, daß
sämtliche Nocken in der erforderlichen Reihenfolge auf das
außenliegende Wellenelement aufgeschoben werden, dann die
einzelnen Rohrabschnitte des außenliegenden Elementes
innerhalb der zweiten Nocken aufgeweitet werden, um diese
festzulegen. Anstelle des hydraulischen Aufweitens kann
auch Schrumpfen, Schweißen oder Löten treten. Dann werden
die ersten Nockenelemente mit dem dazu eingeschobenen
innenliegenden Wellenelement verstiftet, wobei der Preß
sitz durch das oben genannte Einschrumpfen erzeugt werden
kann.
In an sich bekannter Weise ist eine Verstellvorrichtung an
einem Ende der Wellenelemente vorzusehen, die eine Lageän
derung der beiden Wellenelemente gegeneinander mit dem
Ziel der Veränderung der Steuerzeiten der beiden Gruppen
von Nockenelementen zueinander bewirken soll.
Nach einer ersten Ausführung kann dies in Form einer re
lativen Verdrehung der beiden Wellenelemente gegeneinander
erfolgen, wobei als Voraussetzung die Wandöffnungen im
äußeren Wellenelement als Umfangsschlitze ausgebildet sein
müssen, die die durch sie hindurchtretenden Stifte führen.
Nach einer zweiten Ausführung, die gegebenenfalls auch mit
der ersten kombiniert werden kann, soll eine relative
Axialverschiebung der Wellenelemente gegeneinander zu
bewirken sein, wobei die Nockenelemente des gegenüber den
Ventilen verschiebbaren Wellenelementes eine Raumform mit
axial veränderlicher Erhebungskurve aufweisen müssen und
die Wandöffnungen im äußeren Wellenelement als Längs
schlitze ausgebildet sein müssen, die die Stifte führen.
Bei der angesprochenen Kombination der Verstellmöglichkei
ten kann ein gegenüber dem Stiftdurchmesser größeres Fen
ster vorgesehen sein.
Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in
der Figur dargestellt.
Fig. 1 zeigt eine erste Ausführung einer Nockenwelle
im Längsschnitt.
Fig. 2 zeigt eine zweite Ausführung einer Nocken
welle im Längsschnitt.
Fig. 3 zeigt eine Nockenwelle nach Fig. 1 im Quer
schnitt durch einen Nocken.
Fig. 4 zeigt drei Ausführungen von Wandöffnungen in
Ansicht.
Im einzelnen ist in den Fig. 1 und 2 jeweils ein innen
liegendes rohrförmiges Wellenelement 1 und ein außenlie
gendes Wellenelement 2 erkennbar, die mittels einer nicht
dargestellten Verstellvorrichtung gegeneinander verdrehbar
und/oder verschiebbar sind. Das außenliegende Wellenele
ment 2 trägt unmittelbar darauf festgelegte Nockenelemente
8, zwischen denen jeweils gegenüber dem außenliegenden
Wellenelement 2 verstellbare mit dem innenliegenden
Wellenelement 1 verbundene Nockenelemente 7 aufgeschoben
sind. Die ineinanderliegenden Wellenelemente sind an den
Enden über Lagerhülsen 10, 11 radial gelagert. Jeweils ein
Paar von Nockenelementen 7, 8 ist von Lagern 6 eingefaßt.
Auf dem außenliegenden Wellenelement 2 festgelegte Axial
anschläge 3 stützen die Welle gegenüber den Nockenwellen
lagern 6 ab. Im außenliegenden Wellenelement 2 sind sich
gegenüberliegend Wandöffnungen 5 ausgeführt, die von
Stiften 4 durchsetzt werden, die im innenliegenden Wellen
element 1 festgelegt sind und die Nockenelemente 7 auf
diesem fixieren. Die Nockenelemente 7 sind mit axial ver
änderlichen Erhebungskurven dargestellt.
In Fig. 1 tritt jeweils ein Stift 4 im Grundkreis in die
Nockenelemente 7 ein und reicht bis in die Nockenerhebung
auf der gegenüberliegenden Seite.
In Fig. 2 weisen die Nockenelemente 7 Ansätze 9 auf, die
jeweils gegenüberliegend von einem Stift 4 durchsetzt
werden.
Fig. 3 zeigt als Einzelheit ein Nockenelement 7, das ein
in die Nockenerhebung 12 reichende Sackbohrung 13 auf
weist, in die ein Stift 4 eingesetzt ist, der sich gleich
zeitig im Preßsitz in Bohrungen des innenliegenden Wellen
elementes 1 befindet. Daneben sind Wandöffnungen 5 im
außenliegenden Wellenelement 2 erkennbar, die groß gegen
über dem Stiftdurchmesser sind und zumindest eine Winkel
verstellung der Wellenelemente gegeneinander zuläßt. Die
Einsetzöffnung 14 für den Stift 4 liegt in einer auf dem
Grundkreis vorgesehenen nichttragenden mittigen Umfangsnut
15 des Nockenelements 7, um Schaden am Ventilteller auszu
schließen.
Fig. 4 zeigt Wandöffnungen 5 in Form eines Umfangs
schlitzes 5a, eines Längsschlitzes 5b und eines Fensters
5c mit denen Winkel- und/oder Längsverstellungen der
Wellenelemente gegeneinander darstellbar sind.
Bezugszeichenliste:
1 Wellenelement innen
2 Wellenelement außen
3 Axialanschlüsse
4 Stift
5 Umfangsschlitz
6 Lager
7 Einlaßnocken (zu 1)
8 Auslaßnocken (zu 2)
9 Ansatz (zu 7)
10 Lagerhülse
11 Lagerhülse
12 Nockenerhebung
13 Sackbohrung
14 Einsetzöffnung
15 Umfangsnut
2 Wellenelement außen
3 Axialanschlüsse
4 Stift
5 Umfangsschlitz
6 Lager
7 Einlaßnocken (zu 1)
8 Auslaßnocken (zu 2)
9 Ansatz (zu 7)
10 Lagerhülse
11 Lagerhülse
12 Nockenerhebung
13 Sackbohrung
14 Einsetzöffnung
15 Umfangsnut
Claims (12)
1. Nockenwelle für ventilgesteuerte Verbrennungsmotoren
mit zwei ineinanderliegenden Wellenelementen (1, 2),
die gleitend ineinander gelagert sind, wobei erste
Nockenelemente (7) mit dem innenliegenden Wellenele
ment (1) und zweite Nockenelemente (8) mit dem außen
liegenden Wellenelement (2) verbunden sind, und das
außenliegende Wellenelement (2) den Nockenelementen
(7) des innenliegenden Wellenelementes (1) zugeordnete
Wandöffnungen (5) aufweist, durch die die Nockenele
mente (7) mit dem innenliegenden Wellenelement (1)
verbindende Stifte (4) hindurchtreten,
dadurch gekennzeichnet,
daß die jeweils ein erstes Nockenelement (7) mit dem
innenliegenden Wellenelement (1) verbindenden Stifte
(4) das außenliegende Wellenelement (2) in zwei radial
gegenüberliegenden Wandöffnungen (5) durchdringen.
2. Nockenwelle nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Wandöffnungen (5a) Umfangsschlitze sind.
3. Nockenwelle nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Wandöffnungen (5b) Längsschlitze sind, und daß
die ersten Nockenelemente (7) als mit axial veränder
lichen Erhebungskurven versehene Raumnocken ausgebil
det sind.
4. Nockenwelle nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Wandöffnungen (5c) in Längs- und Umfangs
richtung eine gegenüber dem Durchmesser der Stifte
größere Erstreckung haben, und daß die ersten
Nockenelemente (7) als mit axial veränderlichen
Erhebungskurven versehene Raumnocken ausgebildet sind.
5. Nockenwelle nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
dadurch gekennzeichnet,
daß jeweils ein durchgehender Stift (4) ein erstes
Nockenelement (7) in zwei radial gegenüberliegenden
Stellen durchsetzt.
6. Nockenwelle nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
dadurch gekennzeichnet,
daß ein durchgehender Stift (4) jeweils vom Nocken
grundkreis her in die Nockenerhebung eines ersten
Nockenelements (7) eindringt.
7. Nockenwelle nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
dadurch gekennzeichnet,
daß zwei Stifte abgestuften Durchmessers vom Nocken
grundkreis her in jeweils ein erstes Nockenelement (7)
eingesetzt sind.
8. Nockenwelle nach Anspruch 6,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Einsetzöffnung (14) für die Stifte (4) jeweils
in einer nicht tragenden Umfangsnut der Nockenlaufbahn
liegt.
9. Nockenwelle nach einem der Ansprüche 1 bis 7,
dadurch gekennzeichnet,
daß jeweils zumindest eine Ansatzhülse (9) an einem
ersten Nockenelement (7) vorgesehen ist, die von einem
Stift (4) durchsetzt wird.
10. Nockenwelle nach einem der Ansprüche 1 bis 9,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Stifte (4) im Preßsitz in den ersten Nocken
elementen (7) aufgenommen sind.
11. Nockenwelle nach einem der Ansprüche 1 bis 10,
dadurch gekennzeichnet,
daß die zweiten Nockenelemente (8) formschlüssig,
stoff- oder kraftschlüssig auf dem äußeren Wellenele
ment (2) festgelegt sind.
12. Nockenwelle nach einem der Ansprüche 1 bis 11,
dadurch gekennzeichnet,
daß eine Verstellvorrichtung an einem Ende der Wellen
elemente (1, 2) vorgesehen ist, die mit den Wellenele
menten in gegeneinander drehverstellendem und/oder
axial verstellendem Eingriff ist.
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