WO2013000589A1 - Lagerung einer nockenwelle mittels wälzlagern - Google Patents

Lagerung einer nockenwelle mittels wälzlagern Download PDF

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cams
cam units
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Lutz Kirbach
Stefan Kieninger
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Schaeffler Technologies AG & Co. KG
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    • F01L1/00—Valve-gear or valve arrangements, e.g. lift-valve gear
    • F01L1/02—Valve drive
    • F01L1/04—Valve drive by means of cams, camshafts, cam discs, eccentrics or the like
    • F01L1/047—Camshafts
    • F01L1/053—Camshafts overhead type
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16C—SHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C19/00—Bearings with rolling contact, for exclusively rotary movement
    • F16C19/22—Bearings with rolling contact, for exclusively rotary movement with bearing rollers essentially of the same size in one or more circular rows, e.g. needle bearings
    • F16C19/44—Needle bearings
    • F16C19/46—Needle bearings with one row or needles
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16C—SHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C2360/00—Engines or pumps
    • F16C2360/18—Camshafts

Definitions

  • Reciprocating internal combustion engine with a crank mechanism with at least one cylinder head whose inlet and outlet channels are dominated by at least one designed as inlet or outlet valve gas exchange valve, which can be actuated by cams at least one camshaft and driven by these transmission elements, wherein the cams from sliding cam are formed with at least two cams per sliding cam unit, which are rotatably but axially displaceably arranged by means of internal teeth on a basic shaft with external teeth, with at least one internal combustion engine fixed device for moving the sliding cam units in different axial positions by means of a Aktorstatt cooperating sliding grooves on the circumference of the sliding cam units and with bearings for radial and axial fixing of the camshaft to a component of the internal combustion engine.
  • a camshaft for installation in such a reciprocating internal combustion engine is known from DE-101 48 243 A1.
  • the sliding cam units have bearings on their outer circumference, which are guided in bearings supported on the internal combustion engine.
  • the width of the bearing corresponds to the width of the sliding bearing plus the displacement of the sliding cam assembly in the axial direction. Therefore, the sliding bearing requires a large overall extent in the axial direction of the camshaft, whereby a large space is needed, which is perceived as unfavorable.
  • the basic shaft of the camshaft is therefore only indi- Directly guided radially over the internal and external teeth of the sliding cam units and the basic shaft.
  • the object of the invention is therefore to improve the bearing of the camshaft of a reciprocating internal combustion engine so that the disadvantages described are eliminated, with an exact bearing of the camshaft should take place. It should also be a cost-effective production can be provided by simple means.
  • the object of the invention is achieved in that the fundamental wave is guided by means of bearings, which are arranged between the sliding cam units, on the component of the internal combustion engine. This is an exact storage of
  • the fundamental wave between the sliding cam units has direct running paths, which serve as bearing inner surfaces.
  • the fundamental wave has no external teeth, so that there bearing surfaces, for example by grinding the fundamental wave to direct running tracks, for plain bearings, but are preferably provided for rolling bearings.
  • the roller bearings are designed as roller or needle bearings and the cages are designed expandable, so that the cages can be used with the rollers or needles on the outer teeth of the fundamental shaft.
  • the cages are preferably made of plastic and can therefore be expanded.
  • the cages have at least one separating slot aligned with the axis of the basic shaft, so that the cage can be resiliently bent up and, if necessary, compressed again.
  • the separating slot can also be connected by a diagonal bar, which does not separate the cage, but still allows an expansion. It can therefore be pushed directly over the direct career path.
  • two or more dividing slots may also be provided, the cages preferably being fastened together at their ends, e.g. through entanglements.
  • bearing outer rings are provided, the inner diameter of which are equal to or greater than the outer diameter of the external teeth, so that the bearing outer rings can be pushed by sliding over the outer teeth of the fundamental shaft to the respective cages or rollers or needles.
  • the bearing outer rings are designed with at most one inboard board so that they can be pushed onto the rollers or needles.
  • the bearing outer rings are arranged and braced in bearing blocks.
  • the fundamental wave has an axial bearing in the region of one of its ends in order to provide axial support to the sliding forces of the sliding cam units.
  • FIG. 2 shows a section through a bearing according to the line AA in Figure 1
  • Figure 3 an enlarged section according to the circle Z in Figure 2
  • FIG. 4 a camshaft without bearing blocks with a partial section through a bearing
  • Figure 5 an enlarged view of the bearing according to circle Y in Figure 4 with
  • Figure 6 a partial perspective view of a camshaft in the installed state with a bearing block.
  • FIGS. 1 to 6 as shown in detail, 1 generally designates a camshaft having a basic shaft 2 and sliding cam units 3.
  • the basic shaft 2 has external teeth 4 in the region of the sliding cam units 3, wherein 3 paragraphs are provided between the external teeth 4 and the sliding cam units, with a diameter equal to less than the base circle of the external teeth 4.
  • These paragraphs are prepared as direct running tracks 5 and ground accordingly, so that these direct running tracks serve as bearing inner surfaces for rolling bearings.
  • the respective cage 6 can be widened with inserted rollers or needles, pushed over the external toothing 4 or directly over the bearing inner surface and placed at the appropriate location.
  • bearing outer rings 8 are arranged, which have an inner diameter equal to or greater than the outer diameter of the outer toothing 4, so that the outer bearing rings 8 can be pushed over the outer toothing 4 and placed around the rollers or needles of the cages 6.
  • the rollers or needles have a thickness such that the outer dimension matches the inner diameter of the bearing outer rings 8.
  • the end faces of the cages 6 facing external teeth 4 can serve as a guide for the cages 6 after appropriate processing.
  • the bearing outer rings 8 are fixed in bearing blocks 9, which are attached to a suitable component of the internal combustion engine, in particular the cylinder head, or fastened thereto, eg screwed.

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Abstract

Hubkolbenbrennkraftmaschine mit einem Kurbeltrieb, mit zumindest einem Zylinderkopf, dessen Ein- und Auslasskanäle von zumindest je einem als Ein- oder Auslassventil ausgebildeten Gaswechselventil beherrscht sind, die durch Nocken zumindest einer Nockenwelle (1) und von diesen angetriebenen Übertragungselementen betätigbar sind, wobei die Nocken als Schiebenocken mit zumindest zwei Nocken pro Schiebenockeneinheit (3) ausgebildet sind, die mittels Innenverzahnung auf einer Grundwelle (2) mit Außenverzahnung (4) drehfest aber axial verschiebbar angeordnet sind, mit zumindest einer brennkraftmaschinenfesten Vorrichtung zur Verschiebung der Schiebenockeneinheiten (3) in unterschiedliche axiale Positionen mittels mit einem Aktorstift zusammenwirkenden Verschiebenuten am Umfang der Schiebenockeneinheiten (3), und mit Lagern zur radialen und axialen Festlegung der Nockenwelle (1) an einem Bauteil der Brennkraftmaschine, wobei die Grundwelle (2) mittels Lagern, die zwischen den Schiebenockeneinheiten (3) angeordnet sind, an dem Bauteil der Brennkraftmaschine geführt ist.

Description

Bezeichnung der Erfindung
Lagerung einer Nockenwelle mittels Wälzlagern Beschreibung
Gebiet der Erfindung
Hubkolbenbrennkraftmaschine mit einem Kurbeltrieb, mit zumindest einem Zy- linderkopf, dessen Ein- und Auslasskanäle von zumindest je einem als Ein- oder Auslassventil ausgebildeten Gaswechselventil beherrscht sind, die durch Nocken zumindest einer Nockenwelle und von diesen angetriebenen Übertragungselementen betätigbar sind, wobei die Nocken aus Schiebenocken mit zumindest zwei Nocken pro Schiebenockeneinheit ausgebildet sind, die mittels Innenverzahnung auf einer Grundwelle mit Außenverzahnung drehfest aber axial verschiebbar angeordnet sind, mit zumindest einer brennkraftmaschinen- festen Vorrichtung zur Verschiebung der Schiebenockeneinheiten in unterschiedliche axiale Positionen mittels mit einem Aktorstift zusammenwirkenden Verschiebenuten am Umfang der Schiebenockeneinheiten und mit Lagern zur radialen und axialen Festlegung der Nockenwelle an einem Bauteil der Brennkraftmaschine.
Hintergrund der Erfindung Eine Nockenwelle zum Einbau in eine derartige Hubkolbenbrennkraftmaschine ist aus der DE- 101 48 243 A1 bekannt. Bei dieser Nockenwelle weisen die Schiebenockeneinheiten an ihrem Außenumfang Lagerstellen auf, die in an der Brennkraftmaschine abgestützten Gleitlagern geführt sind. Dabei entspricht die Breite der Lagerstelle der Breite des Gleitlagers zuzüglich des Verschiebewe- ges der Verschiebenockeneinheit in axialer Richtung. Deshalb benötigt das Gleitlager insgesamt eine große Erstreckung in axialer Richtung der Nockenwelle, wodurch ein großer Bauraum benötigt wird, was als ungünstig empfunden wird. Darüber hinaus ist die Grundwelle der Nockenwelle dadurch nur indi- rekt über die Innen- und Außenverzahnung der Schiebenockeneinheiten und der Grundwelle radial geführt. Auch dies wird nicht als optimal angesehen, da die Grundwelle der Nockenwelle, die mit dem Kurbeltrieb der Hubkolbenbrenn- kraftmaschine antriebsseitig in Verbindung steht, nicht hinreichend exakt ge- führt ist. Weiterhin wird die Kraft beim Verschieben der Schiebenockeneinheiten dadurch erhöht, da auch die Lagerreibung mit überwunden werden muss.
Aufgabe der Erfindung
Aufgabe der Erfindung ist es daher, die Lagerung der Nockenwelle einer Hub- kolbenbrennkraftmaschine so zu verbessern, dass die beschriebenen Nachteile behoben werden, wobei eine exakte Lagerung der Nockenwelle erfolgen soll. Es soll auch eine kostengünstige Herstellung mit einfachen Mitteln vorgesehen werden.
Zusammenfassung der Erfindung
Die Aufgabe der Erfindung wird dadurch gelöst, dass die Grundwelle mittels Lagern, die zwischen den Schiebenockeneinheiten angeordnet sind, an dem Bauteil der Brennkraftmaschine geführt ist. Dadurch ist eine exakte Lagerung der
Grundwelle und auch der Nockenwelle insgesamt gegeben, wobei auch die Breite der Lager nur entsprechend der Lager-Gegebenheiten ausgeführt wer- den muss. Auch die Verschiebekraft der Schiebenockeneinheiten wird verringert.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung wird vorgeschlagen, dass die Grundwelle zwischen den Schiebenockeneinheiten Direktlaufbahnen aufweist, die als Lagerinnenflächen dienen. An diesen Stellen hat die Grundwelle keine Außenverzahnung, so dass dort Lagerinnenflächen, beispielsweise durch Schleifen der Grundwelle zu Direktlaufbahnen, für Gleitlager, vorzugsweise aber für Wälzlager vorgesehen werden.
In vorteilhafter Weise sind die Wälzlager als Rollen- oder Nadellager ausgebil- det und die Käfige aufweitbar ausgeführt, damit die Käfige mit den Rollen oder Nadeln über die Außenverzahnung der Grundwelle eingesetzt werden können. Die Käfige sind vorzugsweise aus Kunststoff hergestellt und können daher aufgeweitet werden. Die Käfige haben zu diesem Zweck zumindest einen zur Achse der Grundwelle ausgerichteten Trennschlitz, so dass der Käfig federnd auf- gebogen und falls erforderlich wieder zusammengedrückt werden kann. Der Trennschlitz kann dabei aber auch durch einen Diagonalsteg verbunden sein, der den Käfig nicht trennt, aber trotzdem ein Aufweiten zulässt. Er kann daher auch direkt über die Direktlaufbahn geschoben werden. Es können aber auch zwei oder mehrere Trennschlitze angebracht sein, wobei die Käfige vorzugs- weise an ihren Enden aneinander befestigt werden können, z.B. durch Verhakungen.
Weiterhin sind Lageraußenringe vorgesehen, deren Innendurchmesser gleich oder größer als der Außendurchmesser der Außenverzahnung ausgeführt sind, damit die Lageraußenringe durch Überschieben über die Außenverzahnung der Grundwelle zu den betreffenden Käfigen bzw. Rollen oder Nadeln geschoben werden können. Die Lageraußenringe sind dabei mit höchstens einem nach innen gerichteten Bord ausgeführt, so dass sie auf die Rollen oder Nadeln aufgeschoben werden können. Die Lageraußenringe sind in Lagerböcken ange- ordnet und verspannt.
Die Grundwelle weist im Bereich einer ihrer Enden eine Axiallagerung auf, um auch den Schiebekräften der Schiebenockeneinheiten eine axiale Abstützung zu bieten.
Da die Lageraußenringe nur höchstens einen nach innen gerichteten Bord aufweisen, entfällt die vollständige axiale Führung der Rollen oder Nadeln bzw. des Käfigs in dem Lageraußenring. Deshalb wird eine geeignete Lösung zur axialen Fixierung des Nadelkranzes vorgesehen, z. B. durch die Ränder zu den Außenverzahnungen.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung wird ein Verfahren zur Herstellung ei- ner Nockenwelle mit den folgenden Arbeitsschritten vorgeschlagen:
Herstellen der Grundwelle mit Außenverzahnungen im Bereich der Schiebenockeneinheiten und außenverzahnungsfreien Absätzen, Schleifen der Direktlaufbahnen für die Wälzlager an den Absätzen der Grundwelle,
- Waschen der Grundwelle,
Herstellen der Schiebenockeneinheiten und Vormontage derselben auf der Grundwelle,
Fertigschleifen der Nockenkonturen der Nocken der Schiebenockeneinheiten,
- Demontage der Schiebenockeneinheiten und Reinigen derselben und der Grundwelle,
Abwechselnde Montage der Schiebenockeneinheiten, der Käfige und der Lageraußenringe. Im Anschluss daran kann die fertige Nockenwelle an die betreffende Stelle im Bauteil der Brennkraftmaschine eingesetzt, die Lageraußenringe verspannt und die Axiallagerung angebracht werden.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Zur weiteren Erläuterung der Erfindung wird auf die Zeichnungen verwiesen, in denen ein Ausführungsbeispiel der Erfindung vereinfacht dargestellt ist.
Es zeigen: Figur 1 : eine Ansicht einer Nockenwelle mit Teilschnitten durch Lagerböcke,
Figur 2: einen Schnitt durch ein Lager gemäß der Linie A-A in Figur 1 Figur 3: einen vergrößerten Ausschnitt gemäß dem Kreis Z in Figur 2, Figur 4: eine Nockenwelle ohne Lagerböcke mit Teilschnitt durch ein Lager,
Figur 5: eine vergrößerte Ansicht des Lagers gemäß Kreis Y in Figur 4 mit
Schnitt durch einen Lageraußenring und
Figur 6: eine perspektivische Teilansicht einer Nockenwelle im eingebauten Zustand mit einem Lagerbock.
Detaillierte Beschreibung der Zeichnungen In den Figuren 1 bis 6 ist, soweit im Einzelnen dargestellt, mit 1 allgemein eine Nockenwelle bezeichnet, die eine Grundwelle 2 und Schiebenockeneinheiten 3 aufweist. Die Grundwelle 2 hat Außenverzahnungen 4 im Bereich der Schiebenockeneinheiten 3, wobei zwischen den Außenverzahnungen 4 und den Schiebenockeneinheiten 3 Absätze vorgesehen sind, mit einem Durchmesser der kleiner gleich dem Grundkreis der Außenverzahnung 4 ausgeführt ist. Diese Absätze sind als Direktlaufbahnen 5 ausgearbeitet und entsprechend geschliffen, so dass diese Direktlaufbahnen als Lagerinnenflächen für Wälzlager dienen. Auf diesen Direktlaufbahnen 5 sind Käfige 6 aufgebracht, die aus Kunststoff hergestellt sind und einen Trennschlitz 7 aufweisen, der vorzugsweise pa- rallel zur Längsachse der Grundwelle 2 ausgerichtet ist. Dadurch kann der jeweilige Käfig 6 mit eingesetzten Rollen oder Nadeln aufgeweitet, über die Außenverzahnung 4 oder direkt über die Lagerinnenfläche geschoben und an der zutreffenden Stelle platziert werden. Um die Käfige 6 herum sind Lageraußenringe 8 angeordnet, die einen gleichen oder größeren Innendurchmesser als der Außendurchmesser der Außenverzahnung 4 aufweisen, so dass die Lageraußenringe 8 über die Außenverzahnung 4 geschoben und um die Rollen oder Nadeln der Käfige 6 platziert werden können. Daraus folgt, dass die Rollen oder Nadeln eine solche Dicke aufweisen, dass die Außenabmessung zu dem Innendurchmesser der Lageraußenringe 8 passt. Die Lageraußenringe 8 haben, wie insbesondere Figur 5 zu entnehmen ist, kein bzw. höchstens einen nach innen vorstehenden Bord, so dass sie leicht auf die Rollen oder Nadeln geschoben werden können. Dadurch können sie aber keine vollständige Führung für die Käfige 6 in Achsrichtung zur Grundwelle 2 übernehmen. Diese wird in anderer Weise vorgenommen. Beispielsweise können die Stirnflächen der den Käfigen 6 zugewandten Außenverzahnungen 4 nach entsprechender Bearbeitung als Führung für die Käfige 6 dienen.
Wie Figur 6 zu entnehmen ist, sind die Lageraußenringe 8 in Lagerböcken 9 fixiert, die an einem geeigneten Bauteil der Brennkraftmaschine, insbesondere des Zylinderkopfes, angebracht oder an diesem befestigt, z.B. verschraubt, sind.
Bezugszeichenliste
1 Nockenwelle
2 Grundwelle
3 Schiebenockeneinheiten
4 Au ßenverzahnungen
5 Direktlaufbahnen
6 Käfige
7 Trennschlitze
8 Lageraußenringe
9 Lagerböcke

Claims

Patentansprüche
1 . Hubkolbenbrennkraftmaschine mit einem Kurbeltrieb, mit zumindest einem Zylinderkopf, dessen Ein- und Auslasskanäle von zumindest je einem als Ein- oder Auslassventil ausgebildeten Gaswechselventil beherrscht sind, die durch Nocken zumindest einer Nockenwelle (1 ) und von diesen angetriebenen Übertragungselementen betätigbar sind, wobei die Nocken als Schiebenocken mit zumindest zwei Nocken pro Schiebenockeneinheit (3) ausgebildet sind, die mittels Innenverzahnung auf einer Grundwelle (2) mit Außenverzahnung (4) drehfest aber axial verschiebbar angeordnet sind, mit zumindest einer brenn- kraftmaschinenfesten Vorrichtung zur Verschiebung der Schiebenockeneinheiten (3) in unterschiedliche axiale Positionen mittels mit einem Aktorstift zusammenwirkenden Verschiebenuten am Umfang der Schiebenockeneinheiten (3), und mit Lagern zur radialen und axialen Festlegung der Nockenwelle (1 ) an einem Bauteil der Brennkraftmaschine, dadurch gekennzeichnet, dass die Grundwelle (2) mittels Lagern, die zwischen den Schiebenockeneinheiten (3) angeordnet sind, an dem Bauteil der Brennkraftmaschine geführt ist.
2. Hubkolbenbrennkraftmaschine nach Anspruch 1 , dadurch gekenn- zeichnet, dass die Grundwelle (2) zwischen den Schiebenockeneinheiten (3)
Direktlaufbahnen (5) aufweist, die als Lagerinnenflächen dienen.
3. Hubkolbenbrennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Lager als Wälzlager, vorzugsweise als Rol- len- oder Nadellager, ausgebildet sind und dass die Käfige (6) aufweitbar ausgeführt sind.
4. Hubkolbenbrennkraftmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Käfige (6) zumindest einen zur Achse der Grundwelle (2) ausgerichteten Trennschlitz (7) aufweisen.
5. Hubkolbenbrennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Käfige (6) zumindest einen Diagonalsteg zur Aufweitung der Käfige (6) aufweisen.
6. Hubkolbenbrennkraftmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Wälzlager Lageraußenringe (8) beinhalten, deren Innendurchmesser oder Bordinnendurchmesser gleich oder größer als der Außendurchmesser der Außenverzahnung (4) ausgeführt sind.
7. Hubkolbenbrennkraftmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Lageraußenringe (8) mit durchgehend glatten Innenflächen oder einem nach innen gerichteten Bord ausgeführt sind.
8. Verfahren zur Herstellung einer Nockenwelle (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche mittels der folgenden Arbeitsschritte:
Herstellen der Grundwelle (2) mit Außenverzahnungen (4) im Bereich der Schiebenockeneinheiten (3) und außenverzahnungsfreien Absätzen, Schleifen von Direktlaufbahnen (5) für die Wälzlager an den Absätzen der Grundwelle (2),
Waschen der Grundwelle (2),
Herstellen der Schiebenockeneinheiten (3) und Vormontage derselben auf der Grundwelle (2),
Fertigschleifen der Nockenkonturen der Nocken der Schiebenockenein- heiten (3),
Demontage der Schiebenockeneinheiten (3) und Reinigen derselben und der Grundwelle (2),
Abwechselnde Montage der Schiebenockeneinheiten (3), der Käfige (6) und der Lageraußenringe (8).
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