WIESNER PETER (LI)
BINDER THOMAS (AT)
WIESNER PETER (LI)
WO2010012371A1 | 2010-02-04 |
DE102009022657A1 | 2011-01-05 | |||
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CH694277A5 | 2004-10-29 | |||
US1512034A | 1924-10-21 | |||
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DE102004011586A1 | 2004-10-07 |
P a t e n t a n s p r ü c h e 1. Nockenwelle (1 ) mit einer Trägerwelle (10), die in einer Wellenachse (1 1 ) drehbeweglich lagerbar ist, wobei auf der Trägerwelle (10) wenigstens ein Nockenpaket (12) axial verschieblich angeordnet ist, und wobei das Nockenpaket (12) wenigstens zwei Nocken (13, 14, 26, 27, 28, 29, 32, 33, 34) und wenigstens ein Versteilglied (15, 35) zur axialen Verstellung des Nockenpaketes (12) umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass die Nocken (13, 14, 26, 27. 28, 29, 32, 33, 34) und das wenigstens eine Verstellglied (15, 35) in axial benachbarter Anordnung miteinander verbunden sind und als Verbund in direkter Anordnung auf der Trägerwelle (10) axial verschiebbar aufnehmbar sind. 2. Nockenwelle (1 ) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet dass die Nocken (13, 14, 26. 27, 28, 29, 32, 33. 34) und das Verstellglied (15) eine Innenverzahnung (16) aufweisen, die mit einer Außenverzahnung (17) der Trägerwelle (10) axial verschiebbar im Eingriff steht. 3. Nockenwelle (1 ) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Nocken (13, 14, 26, 27, 28, 29) und aas wenigstens eine Verstellglied (15) zumindest über Teilbereiche ihrer jeweiligen Stirnseiten (13a, 14a, 15a) miteinander verbunden sind, wobei die Verbindungen vorzugsweise als stoffschlüssige Verbindungen und insbesondere als Schweißverbindungen (19, 20) ausgeführt sind, wobei die Schweißverbindungen (19, 20) vorzugsweise außenumfängliche Schweißverbindungen (19) und/oder innenumfängliche Schweißverbindungen (20) umfassen. 4. Nockenwelle (1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die stoffschlüssigen Verbindungen zwischen den Nocken (13, 14, 26, 27, 28, 29) und dem wenigstens einen Verstellglied (15) und den benachbart zu diesem angeordneten Nocken (26, 27) mittels Lötverbindungen (21 ) oder Klebeverbindungen ausgeführt sind. 5. Nockenwelle (1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 3. dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindung der Nocken (13, 14, 26. 27, 28, 29) und des wenigstens einen Verstellgliedes (15) und den benachbart zu diesem angeordneten Nocken (26, 27) über zumindest einen Zuganker (22) ausgebildet ist, der sich durch die Nocken (13, 14, 26, 27, 28, 29) und das Verstellglied (15) hindurch erstreckt. 6. Nockenwelle (1 ) nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Mehrfachnockenelement (31 ) mit wenigstens zwei Nocken (32, 33, 34) vorgesehen ist, und wobei wenigstens ein Mehrfachnockenelement (31 ) in axial benachbarter Anordnung mit dem Verstellglied (35) verbunden ist. 7. Nockenwelle (1 ) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Mehrfachnockenelement (31 ) einen Fügeabschnitt (36) aufweist, der in eine Aufnahmebohrung (37) des Verstellgliedes (35) einbringbar ist und/oder der auf einen Aufnahmeabschnitt des Verstellgliedes (35) aufschiebbar ist. 8. Nockenwelle (1 ) nach Anspruch 6 oder 7. dadurch gekennzeichnet, dass das Verstellglied (35) wenigstens an einer Stirnseite eine vorzugsweise radial umlaufende Fügefeder (38) aufweist und wobei das Mehrfachnockenelement (31 ) wenigstens eine Fügenut (39) aufweist, in die die Fügefeder (38) zur Verbindung des Mehrfachnockenelementes (31 ) mit dem Verstellglied (35) einbringbar ist. 9. Nockenwelle (1 ) nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindung zwischen dem Mehrfachnockenelement (31 ) und dem Verstellglied (35) eine Pressverbindung, eine Schweißverbindung, eine Lötverbindung oder eine Klebeverbindung umfasst, insbesondere dass die Verbindung zwischen dem Fügeabschnttt (36) und der Aufnahmebohrung (37) und/oder die Verbindung zwischen der Fügefeder (38) und der Fügenut (39) als Pressverbindung ausgebildet ist. 10. Nockenpaket (12) umfassend zumindest zwei Nocken (13. 14, 26, 27, 28, 29) und wenigstens ein Verstellglied (15) zur axialen Verstellung des Nockenpaketes (12) auf einer Trägerwelle (10), dadurch gekennzeichnet, dass die Nocken (13, 14, 26, 27, 28. 29, 32, 33, 34) und das wenigstens eine Verstellglied (15, 35) in axial benachbarter Anordnung miteinander verbunden sind und als Verbund zur direkten Anordnung auf der Trägerwelle (10) ausgebildet sind. 1 1. Verfahren zur Herstellung einer Nockenwelle (1) mit einer Trägerweile (10), die in einer Wellenachse (1 1 ) drehbeweglich lagerbar ist, wobei auf der Trägerwelle (10) wenigstens ein Nockenpaket (12) axial verschieblich angeordnet wird und wobei das Nockenpaket (12) wenigstens zwei Nocken (13, 14, 26, 27, 28, 29, 32, 33, 34) und wenigstens ein Versteilglied (15. 35) zur axialen Verstellung des Nockenpaketes (12) umfasst, gekennzeichnet durch wenigstens die folgenden Schritte: gegenseitiges Fügen der Nocken (13, 14, 26, 27, 28, 29, 32, 33, 34) und des wenigstens einen VerStellgliedes (15, 35) und den benachbart zu diesem angeordneten Nocken (28, 27) in axial benachbarter Anordnung und direktes Anordnen des Verbundes auf der Trägerwelle (10). 12. Verfahren nach Anspruch 11 , dadorch gekennzeichnet, dass in die Nocken (13, 14, 26, 27, 28, 29, 32, 33, 34) und in das Versteilglied (15) eine Innenverzahnung (16) eingebracht wird, die mit einer Außenverzahnung (17) auf der Trägerwelle (10) axial verschiebbar in Eingriff gebracht wird. 13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Innenverzahnung (16) jeweils einzeln in die Nocken (13, 14, 26, 27, 28, 29, 32, 33, 34) und in das Versteilglied (15) eingebracht wird, wobei anschließend die Nocken (13, 14, 26, 27, 28, 29, 32, 33, 34) und das Versteilglied (15) in axial benachbarter Anordnung gegenseitig gefügt werden. 14. Verfahren nach Anspruch 12. dadurch gekennzeichnet, dass die Nocken (13, 14, 26, 27, 28, 29, 32, 33, 34) und das Versteilglied (15) in axial benachbarter Anordnung gegenseitig gefügt werden, wobei anschließend die Innenverzahnung (16) in die Nocken (13, 14, 26, 27, 28, 29, 32, 33, 34) und in das Verstellglied (15) eingebracht wird. 15. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass ein Mehrfachnockenelement (31 ) mit wenigstens zwei Nocken (32, 33, 34) bereitgestellt wird, das in axial benachbarter Anordnung mit dem Versteilglied (35) verbunden wird, wobei das Mehrfachnockenelement (31 ) vorzugsweise einen stirnseitigen Fügeabschnitt (36) aufweist, der in eine Aufnahmebohrung (37) des Versteilgliedes (35) eingebracht und insbesondere eingepresst wird. |
B e s c h r e i b u n g
Die Erfindung betrifft eine Nockenwelle mit einer Trägerwelle, die in einer Wellenachse drehbeweglich lagerbar ist, wobei auf der Trägerwelle wenigstens ein Nockenpaket axial verschieblich angeordnet ist, und wobei das Nockenpaket wenigstens zwei Nocken und wenigstens ein Verstellglied zur axialen Verstellung des Nockenpaketes umfasst.
Derartige Nockenwellen werden für Brennkraftmaschinen verwendet, die mit einem verstellbaren Ventilhub oder mit verstellbaren Ventilsteuerzeiten betrieben werden können. Die Ventile der Brennkraftmaschine werden über Nockenpakete angesteuert, die axial verschieblich auf der rotierenden Trägerweile angeordnet sind. Durch die axiale Verschiebung des Nockenpaketes auf der Trägerwelle können die Ventile mit verschiedenen Nocken gesteuert werden, wobei die verschiedenen Nocken unterschiedliche Nockenformen aufweisen können. Dabei können sowohl die Nockenkuppen geometrisch unterschiedlich stark ausgeprägt sein oder die Position der Nockenkuppen in Umfangsrichtung variiert zueinander. Auch sind Nocken bekannt, die als Nullhubnocken ausgeführt sind. Nockenpakete weisen mehrere Nocken auf, wobei wenigstens ein Versteilglied Bestandteil des Nockenpaketes ist, über das die axiale Verschiebung in das Nockenpaket eingeleitet wird,
STAND DER TECHNIK
Aus der DE 10 2009 022 657 A1 ist eine Nockenwelle mit einer Trägerwelle bekannt, die in einer Wellenachse drehbeweglich iagerbar ist, um in einer Brennkraftmaschine betrieben zu werden. Auf der Trägerwelle ist ein Nockenpaket angeordnet, das beispielhaft aus vier Nocken ausgebildet ist. Das Nockenpaket umfasst ein Trägerrohr, das über eine Innenverzahnung und eine Außenverzahnung axial verschieblich auf der Trägerwelle angeordnet ist, sodass die Drehbewegung der Trägerwelle über einen geometrischen Formschluss auf das Trägerrohr übertragen wird. Auf dem Trägerrohr sind mehrere Nocken angeordnet, sodass das Nockenpaket vier Nocken mit zwei unterschiedlichen Nockenkonturen aufweist. Zur axialen Verschiebung des Nockenpaketes weist das Trägerrohr Axialanschläge auf, in denen außenumfänglich Kurvenbahnen eingebracht sind, die mit einem Übertragungselement zusammenwirken können.
Die DE 10 2004 01 1 586 A1 zeigt eine weitere Nockenwelle mit einer Trägerwelle, und es ist ein Trägerrohr gezeigt, das mit mehreren Nocken einteilig ausgeführt ist. Das Trägerrohr besitzt eine Innenverzahnung, die mit einer Außenverzahnung der Trägerwelle kämmt, um das Nockenpaket axial auf der Trägerwelle verschieblich anzuordnen, und um zugleich eine Drehübertragung der Trägerwelle auf das Nockenpaket durch einen geometrischen Formschluss zu schaffen. Zwischen den Nockenkonturen weist das Trägerrohr ein Lagerelement auf, um das Nockenpaket in einem Lagerbock drehbar zu lagern, der beispielsweise Bestandteil eines Zylinderkopfes sein kann.
Nachteilhafterweise weisen die Nockenwellen gemäß dem Stand der Technik Nockenpakete auf, die in gebauter Variante ein Trägerrohr erforderlich machen, um verschiedene Steuerelemente und Verstellglieder zu einem Nockenpaket zu fügen, oder massiv gefertigt werden müssen. Das Trägerrohr dient dabei zur Aufnahme auf der Trägerwelle und weist die notwendige Innenverzahnung auf, die mit der Außenverzahnung auf der Trägerwelle kämmen kann, Nachteilhafterweise entsteht durch die Verwendung eines Trägerrohres zur Aufnahme der Nocken und Versteilglieder ein aufwendiger Aufbau, und die Nocken müssen mit einer notwendigen Verbindungsiechnik auf dem Trägerrohr angeordnet werden. Sind das Trägerrohr und die Nocken sowie beispielsweise auch das Verstellglied insgesamt einteilig ausgeführt, entsteht ein aufwendig herzustellendes Bauteil, an dem eine Vielzahl von Bearbeitungsoperationen ausgeführt werden müssen. Jedoch ist es technisch vorteilhaft, sowohl eine spanende Bearbeitung als auch eine thermische Behandlung verschiedener Elemente des Nockenpaketes einzeln vornehmen zu können.
OFFENBARUNG DER ERFINDUNG
Es ergibt sich die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Nockenwelle mit einem Nockenpaket zu schaffen, das die vorstehend bezeichneten Nachteile des Standes der Technik überwindet und einen einfachen Aufbau aufweist, wobei die verschiedenen Elemente des Nockenpaketes auch einzeln spanend bearbeitet und thermisch behandelt werden können.
Diese Aufgabe wird ausgehend von einer Nockenwelle mit einem axial verschiebbaren Nockenpaket gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1 in Verbindung mit den kennzeichnenden Merkmalen gelöst Vorteilhafte Werterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
Die Erfindung schließt die technische Lehre ein, dass die Nocken und das wenigstens eine Verstellglied in axial benachbarter Anordnung miteinander verbunden sind und als Verbund in direkter Anordnung auf der Trägerwelle axial verschiebbar aufnehmbar sind.
Die Erfindung geht dabei von dem Gedanken aus, die einzelnen Steuerelemente des Nockenpaketes unmittelbar miteinander in Verbindung zu bringen, um das Nockenpaket ohne die Verwendung eines Trägerrohres auszuführen Durch die direkte Verbindung der Nocken und des wenigstens einen Verstellgliedes mit den benachbart zu diesen angeordneten Nocken, im allgemeinen Gedanken der Erfindung ferner jedes an einem Nockenpaket beteiligten Elementes, erübrigt sich die Verwendung eines Trägerrohres, und die Nocken und das wenigstens eine Verstellglied können direkt auf der Trägerwelle axial verschiebbar angeordnet werden. Durch die direkte Verbindung der Nocken untereinander und des Verstellgliedes mit den benachbart zu diesem angeordneten Nocken wird ein Verbund aus einzelnen Elementen geschaffen, die vor der gemeinsamen Verbindung miteinander einzeln bearbeitet werden können. Nachdem der Verbund aus den Nocken und dem Verstellglied geschaffen ist, kann dieser ohne weitere Verwendung eines Trägerrohres oder eines sonstigen Elementes direkt auf der Trägerwelle angeordnet werden.
Die Erfindung bietet den besonderen Vorteil, die Nocken und das Versteilglied mit einer Innenverzahnung auszuführen, die mit einer Außenverzahnung der Trägerwelle axial verschiebbar im Eingriff stehen und gleichzeitig in Umfangsrichtung Drehmomente übertragen kann. Die Innenverzahnung ist vorzugsweise direkt in die Nocken und/oder in das Verstellglied eingebracht, um das bereits mit den Nocken und dem Verstellglied gebildete Nockenpaket axial beweglich und drehübertragend auf der Trägerwelle anzuordnen. Mit weiterem Vorteil können beispielsweise lediglich außenseitige Elemente, beispielsweise eine erste außenseitige Nocke und eine gegenüberliegende, zweite außenseitige Nocke, mit einer Innenverzahnung ausgeführt sein, die mit einer beispielsweise durchgehenden Außenverzahnung auf der Trägerwelle in Eingriff stehen kann. Dadurch wird der Vorteil erreicht, dass lediglich zwei Elemente des Nockenpaketes mit einer Innenverzahnung ausgeführt werden müssen, die vorzugsweise außenseitig das Nockenpaket abschließen. Weitere Elemente des Nockenpaketes, die zwischen den außenseitig angeordneten Elementen mit Innenverzahnung angeordnet sind, können optional weitere Innenverzahnungen aufweisen,
Mit weiterem Vorteil kann in wenigstens einen der Nocken, jedoch vorzugsweise im Verstellglied zumindest eine Rastnut eingebracht sein, die zur axialen Verrastung des Nockenpaketes mit einem Rastmittel zusammenwirken können, das in der Trägerwelle angeordnet ist. Das Rastmittel kann beispielsweise eine federbelastete Kugel sein, die in die Rastnuten eingedrückt wird. Damit können definierte axiale Positionen des Nockenpaketes durch die axiale Verstellung definiert werden, wobei die Anzahl der Rastnuten vorzugsweise mit der Anzahl der Nocken verschiedener Nockenkonturen korrespondiert. Mit besonderem Vorteil können die Rastnuten in Elementen des Nockenpaketes eingebracht sein, die nicht mit einer Innenverzahnung ausgeführt sind.
Die Nocken und das Verstellglied können zumindest über Teilbereiche ihrer jeweiligen Stirnseiten miteinander verbunden sein. Die Stirnseiten können durch Planflächen gebildet sein, zu denen die Wellenachse eine Flächennormale bildet. Werden die Nocken und das Versteilglied in axial benachbarter Anordnung plan aufeinander gebracht, kann die Verbindung zwischen den Nocken und/oder dem Verstellglied vorgenommen werden. Mit besonderem Vorteil können die Verbindungen als stoffschlüssige Verbindungen ausgeführt werden.
Die stoffschlüssigen Verbindungen zwischen den Nocken und dem wenigstens einen Verstellglied und den dazu benachbarten Nocken können mittels Schweißverbindungen ausgeführt sein, und es können Schweißverbindungen beispielsweise außenumfänglich und/oder innenumfänglich angeordnet werden. Die Schweißverbindungen können beispielsweise mit einem Laserstrahl-Schweißverfahren oder mit einem Elektronenstrahl- Schweißverfahren ausgeführt werden, um die wärmebeeinflusste Materialzone in den Nocken und/oder im Verstellglied zu minimieren. Ferner kann durch diese Schweißverfahren der thermische Verzug der Paketanordnung des Nockenpaketes minimiert werden. Mit besonderem Vorteil kann die Schweißverbindung mit Bildung einer Dampfkapillare erzeugt werden, um eine besonders tiefe Einschweißung zwischen den Stirnflächen der Nocken und/oder des VerStellgliedes zu erzeugen, sodass die Schweißverbindung mechanisch besonders hoch belastbar ist.
Nach einer möglichen Ausführungsform der Erfindung können die stoffschlüssigen Verbindungen zwischen den Nocken und dem wenigstens einen Verstellglied mittels Lötverbindungen und/oder Klebeverbindungen ausgeführt werden. Grundsätzlich kann nach Herstellung der stoffschlüssigen Verbindungen zwischen den Nocken und dem Verstellglied eine mechanische Endbearbeitung der Funktionsflächen der Nocken und/oder des Versteilgliedes erfolgen.
Mit weiterem Vorteil können die Verbindungen zwischen den Nocken untereinander und des Versteilgliedes mit den benachbart dazu angeordneten Nocken über zumindest einen und vorzugsweise mehrere auf dem Umfang des Nockenpaketes gleich verteilte Zuganker ausgebildet sein, der oder die sich durch die Nocken und das Verstellglied hindurch erstrecken. Die Zuganker können durch Gewindebolzen oder dergleichen gebildet sein und können nach Anordnung im Nockenpaket eine Zugspannung aufnehmen. Folglich werden die Nocken und das Verstellglied axial aufeinander gepresst, um einen mechanisch belastbaren Verbund aus den Nocken und dem Verstellglied zu bilden. Alternativ ist auch denkbar, die Nocken miteinander und das Verstellglied mit seinen benachbarten Nocken durch eine oder mehrere Nietverbindungen zu verbinden. Mit weiterem Vorteil können die Nocken und das Versteilglied beispielsweise miteinander verstiftet werden, oder es können an den Stirnseiten der Nocken und des VerStellgliedes Formschlussgeometrien angebracht sein, um anschließend die Zuganker durch die Nocken und das Verstellglied hindurchzuführen und unter Zugspannung zu setzen.
Als weitere mögliche Ausführungsform der Erfindung können die Verbindungen der Nocken und des wenigstens einen Versteilgliedes mit seinen benachbarten Nocken jeweils über zumindest ein formschlüssig wirkendes Fügeelement ausgebildet sein, das vorzugsweise an den Nocken und/oder am wenigstens einen Verstellglied angeordnet oder zwischen den Stirnseiten ausgebildet ist. Die formschlüssig wirkenden Fügeelemente können einteilig mit den Nocken und/oder dem Verstellglied ausgebildet oder sogar an diesen angeformt sein. Beispielsweise können zwischen den Nocken und/oder dem Verstellglied Gewindeverbindungen, Bajonettverbindungen, Hinterschnittverbindungen oder sonstige Verbindungen vorgesehen sein, oder es sind Fügeelemente wie Nutensteine oder dergleichen vorgesehen. Grundsätzlich kann jede mögliche Verbindungsausführung zwischen den Nocken und/oder dem Verstellglied vorgesehen sein, um diese mechanisch belastbar miteinander zu verbinden. Die Verbindung der Nocken und/oder des VerStellgliedes sollte vorzugsweise spielfrei herstellbar sein, und die Verbindung sollte die rotatorische Position der Elemente um die gemeinsame Wellenachse aufrechterhalten.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform kann zumindest ein Mehrfachnockenelement mit wenigstens zwei und vorzugsweise drei Nocken mit unterschiedlichen Nockenformen vorgesehen sein, und wobei wenigstens ein Mehrfachnockenelement in axial benachbarter Anordnung mit dem Verstellglied verbunden ist. Durch die Verwendung eines Mehrfachnockeneiementes mit mehreren Nockenformen wird der Erfindungsgedanke insofern weitergeführt, als dass die Nocken durch die einteilige Ausbildung des Mehrfachnockeneiementes in axial benachbarter Anordnung miteinander verbunden sind, wobei eine stoffschlüssige Fügestelle beispielsweise nur noch auf die Verbindung zwischen einem oder zwei Mehrfachnockenelementen und einem Verstellglied beschränkt ist.
Beispielsweise kann das Mehrfachnockenelement einen Fügeabschnitt aufweisen, der in eine Aufnahmebohrung des Versteilgliedes einbringbar ist und/oder der auf einen Aufnahmeabschnitt des Versteilgliedes aufschiebbar ist. Beispielsweise kann der Fügeabschnitt in die Aufnahmebohrung des Verstellgliedes eingepresst werden, um bereits so eine mechanisch belastbare Verbindung zwischen dem Mehrfachnockenelement und dem Fügeabschnttt zu bilden. Eine weitere Möglichkeit zur Verbindung kann ein Verschrauben des Verstellgliedes mit dem Mehrfachnockenelement sein, indem auf dem Fügeabschnitt ein Außengewinde und in der Aufnahmebohrung ein Innengewinde eingebracht wird. Selbstverständlich kann das Mehrfachnockenelement und das Versteilglied auch jeweils benachbart zueinander über die aufeinander zu weisenden Stirnseiten miteinander verschweißt, verlötet oder beispielsweise verklebt werden. Dabei können die vorstehend beschriebenen stoffschlüssigen Fügemöglichkeiten zwischen Nocken und dem Versteilglied auch Anwendung finden zwischen dem Mehrfachnockenelement und dem Versteilglied,
Weiterhin besteht die Möglichkeit, dass das Versteilglied wenigstens an einer Stirnseite eine vorzugsweise radial umlaufende Fügefeder aufweist, wobei das Mehrfachnockenelement wenigstens eine Fügenut aufweist. Die Fügefeder kann zur Verbindung des Mehrfachnockenelementes mit dem Versteilglied in die Fügenut eingebracht, beispielsweise eingepresst werden. Zusätzlich können stoffschlüssige Fügeverfahren überlagert werden.
Mit weiterem Vorteil kann die Verbindung zwischen dem Mehrfachnockenelement und dem Versteilglied eine Pressverbindung, eine Schweißverbindung, eine Lötverbindung oder eine Klebeverbindung umfassen, insbesondere kann vorgesehen sein, dass die Verbindung zwischen dem Fügeabschnitt und der Aufnahmebohrung und/oder die Verbindung zwischen der Fügefeder und der Fügenut als Pressverbindung ausgebildet ist.
Nach einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform kann das Nockenpaket wenigstens ein Lagerelement umfassen, das vorzugsweise zur Bildung einer Nullhubnocke ausgebildet ist. Eine Nullhubnocke weist eine zylindrische Mantelfläche auf, wobei das Lagerelement eine axiale Breite aufweisen kann, die sowohl die Lagerung des Nockenpaketes über das Lagerelement als auch die gleichzeitige Wirkverbindung des Lagerelementes mit einem Abgriffselement zur Ventilsteuerung ermöglicht.
Die Erfindung betrifft ferner ein Nockenpaket umfassend zumindest zwei Nocken und wenigstens ein Versteilglied zur axialen Verstellung des Nockenpaketes auf einer Trägerwelle, wobei die Nocken und das wenigstens eine Versteilglied in axial benachbarter Anordnung miteinander verbunden sind und als Verbund zur direkten Anordnung auf der Trägerwelle ausgebildet sind. Die Vorteile und Äusführungsformen der vorstehend bezeichneten Nockenwelle mit einem entsprechenden Nockenpaket finden für das gattungsbildende Nockenpaket ebenfalls Berücksichtigung,
Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zur Herstellung einer Nockenwelle mit einer Trägerwelle, die in einer Wellenachse drehbeweglich lagerbar ist, wobei auf der Trägerwelle wenigstens ein Nockenpaket axial verschieblich angeordnet wird und wobei das Nockenpaket wenigstens zwei Nocken und wenigstens ein Verstellglied zur axialen Verstellung des Nockenpaketes umfasst. wobei erfindungsgemäß das Verfahren wenigstens die Schritte des gegenseitigen Fügens der Nocken und des wenigstens einen Versteligliedes und den benachbart zu diesem angeordneten Nocken in axial benachbarter Anordnung und das direkte Anordnen des Verbundes auf der Trägerwelle umfasst.
Das Verfahren kann ferner das Einbringen einer Innenverzahnung in die Nocken und/oder in das Versteilglied umfassen, um mit einer Außenverzahnung auf der Trägerwelle axial verschiebbar im Eingriff zu stehen. Die Innenverzahnung wird dabei direkt in das Material der Nocken und/oder des Versteligliedes eingebracht. Gemäß einem weiteren Verfahrensschritt wird in wenigstens eine Nocke und/oder in das Verstellglied zumindest eine Rastnut eingebracht, die zur axialen Verrastung des Nockenpaketes mit einem Rastmittel zusammenwirken kann, das in der Trägerwelle angeordnet ist.
Nach einer möglichen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens kann die Innenverzahnung jeweils einzeln in die Nocken und in das Verstellglied eingebracht werden, wobei erst anschließend die Nocken und das Verstellglied in axial benachbarter Anordnung gegenseitig gefügt werden.
Alternativ können die Nocken und das Verstellglied in axial benachbarter Anordnung gegenseitig gefügt werden, wobei erst anschließend die Innenverzahnung in die Nocken und in das Verstellglied eingebracht wird. Auf gleiche Weise kann die zumindest eine Rastnut vor oder nach dem Fügen der Nocken und des Versteligliedes miteinander eingebracht werden. Ist ein Mehrfachnockenelement vorgesehen, so kann das Verfahren zur Herstellung einer Nockenwelle mit einer Trägerweile zunächst das Bereitstellen eines Mehrfachnockenelementes mit wenigstens zwei Nocken umfassen, wobei das Mehrfachnockenelement in axial benachbarter Anordnung mit dem Versteilglied verbunden wird, und wobei das Mehrfachnockenelement vorzugsweise einen stirnseitigen Fügeabschnitt aufweist, der in eine Aufnahmebohrung des VerStellgliedes eingebracht und insbesondere eingepresst wird. Für das Verfahren kann ferner vorgesehen werden, dass das Verstellglied wenigstens an einer Stirnseite eine radial umlaufende Fügefeder aufweist, und das Mehrfachnockenelement weist eine Fügenut auf, wobei in einem Verfahrenschritt die Fügefeder zur Verbindung des Mehrfachnockenelementes mit dem Verstellglied in die Fügenut eingebracht und insbesondere eingepresst wird.
Findet ein Mehrfachnockenelement Anwendung, kann es hinreichend sein, dass eine Innenverzahnung lediglich innenseitig in den Mehrfachnockenelementen vorgesehen ist, wobei beispielsweise im Verstellglied keine Innenverzahnung eingebracht sein muss. Ferner ist es möglich, dass sich die Innenverzahnung nicht über der gesamten Länge des Mehrfachnockens erstreckt, sondern nur auf Teilbereichen ausgebildet ist. Insbesondere kann das Verstellglied eine Durchgangsbohrung aufweisen, die größer ist als die Durchgangsbohrung in einem oder in zwei an das Verstellglied angebrachten Mehrfachnockenelementen, insbesondere deshalb, weil das Verstellglied eine Aufnahmebohrung mit einem großen Durchmesser aufweist, in die der Fügeabschnitt des oder der Mehrfachnockenelemente eingeschoben wird. Folglich können Rastnuten ebenfalls vorzugsweise innenseitig in wenigstens ein Mehrfachnockenelement eingebracht sein, sodass das Verstellglied beispielsweise lediglich benachbart an einem Mehrfachnockenelement angeordnet oder als Verbindungsglied zwischen zwei sich in einer gemeinsamen Wellenachse erstreckenden Mehrfachnockenelementen dient. Sind zwei Mehrfachnockenelemente vorgesehen, kann ebenfalls entschieden werden, ob die Innenverzahnung und/oder die Rastnuten vor dem Fügen der Mehrfachnockenelemente mit dem Verstellglied eingebracht werden oder die Mehrfachnockenelemente werden zunächst mit dem Verstellglied verbunden, und anschließend wird, beispielsweise in einer einzigen Werkzeugaufspannung, die Innenverzahnung und/oder die Rastnut spanend eingebracht. BEVORZUGTE AUSFÜHRUNGSBEISPIELE DER ERFINDUNG
Weitere, die Erfindung verbessernde Maßnahmen werden nachstehend gemeinsam mit der Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Figuren näher dargestellt. Es zeigt:
Figur 1 eine quergeschnittene Ansicht durch eine Nockenwelle mit einem
Nockenpaket, das mit den Merkmalen der vorliegenden Erfindung gebildet ist,
Figur 2 eine quergeschnittene Ansicht eines Nockenpaketes gemäß einem ersten
Ausführungsbeispiel zur Bildung der Verbindungen zwischen den Nocken und dem Versteilglied,
Figur 3 eine quergeschnittene Ansicht eines Nockenpaketes gemäß einem zweiten
Ausführungsbeispiel zur Bildung der Verbindungen zwischen den Nocken und dem Versteilglied,
Figur 4 eine quergeschnittene Ansicht eines Nockenpaketes gemäß einem noch weiteren Ausführungsbeispiel zur Bildung der Verbindungen zwischen den Nocken und dem Versteilglied,
Figur 5 ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Nockenpaketes, das zur Lagerung in einem Lager ein Lagerelement aufweist,
Figur 6 ein Ausführungsbeispiel eines Nockenpaketes, das aus einem
Mehrfachnockenelement und einem Verstellglied gebildet ist,
Figur ? das Ausführungsbeispiei des Nockenpaketes gemäß Figur 8 in einer perspektivischen Ansicht,
Figur 8 ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Nockenpaketes umfassend zwei
Mehrfachnockenelemente und ein Verstellglied, Figur 9 das Ausführungsbeispiel des Nockenpaketes gemäß Figur 8 in einer perspektivischen Ansicht,
Figur 10 ein Ausführungsbeispiel eines Nockenpaketes mit einem
Mehrfachnockenelement, das über eine Fügefeder mit dem Verstellglied verbunden ist und
Figur 1 1 ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Nockenpaketes mit zwei
Mehrfachnockenelementen, die jeweils über eine Fügefeder mit dem Verstellglied verbunden sind.
In Figur 1 ist ein Ausführungsbeispiel einer Nockenwelle 1 mit einem Nockenpaket 12 gezeigt, das mit den Merkmalen der vorliegenden Erfindung ausgeführt ist. Die Nockenwelle 1 weist eine Trägerwelle 10 auf, die im Setzbereich des Nockenpaketes 12 unterbrochen gezeigt ist. Die Trägerwelle 10 kann in einer Wellenachse 11 drehbeweglich lagerbar sein, beispielsweise im Zylinderkopf einer Brennkraftmaschine.
Das Nockenpaket 12 weist beispielhaft sechs Nocken 13, 14, 26, 27, 28 und 29 auf, wobei ein Verstellglied 15 vorgesehen ist, und im Verstellglied 15 ist eine Nutenführung 30 auf dem Außenumfang des VerStellgliedes 15 eingebracht. Die Nocken 13, 14 und 26 befinden sich auf einer ersten Seite des VerStellgliedes 15, und die Nocken 27, 28 und 29 befinden sich auf einer gegenüberliegenden, zweiten Seite des VerStellgliedes 15. Durch die Nocken 13, 14, 26, 27, 28, 29 und durch das Verstellglied 15 erstreckt sich eine Durchgangsbohrung, durch die die Trägerwelle 10 hindurchgeführt ist. In dieser durch die einzelnen Komponenten des Nockenpaketes 12 gebildeten Durchgangsbohrung ist eine Innenverzahnung 18 eingebracht, die mit einer Außenverzahnung 17 auf der Trägerwelle 10 axial verschiebbar und drehmomentübertragend in Eingriff steht. Die Außenverzahnung 17 der Trägerwelle 10 ist in Richtung zur Wellenachse 1 1 breiter ausgeführt als die Breite des Nockenpaketes 12, und das Nockenpaket 12 kann in Richtung zur Wellenachse axial verstellt werden, indem ein Verstellelement in der Nutenführung 30 des VerStellgliedes 15 geführt wird. Durch den Formschluss der Innenverzahnung 18 und der Außenverzahnung 17 wird dabei zugleich eine Drehbewegung der Trägerwelle 10 auf das Nockenpaket 12 übertragen. Die Nockeri 13, 14, 28, 27, 28, 29 und das Verstellglied 15 sind in axial benachbarter Anordnung zueinander miteinander verbunden, sodass durch die Verbindung dieser Komponenten des Nockenpaketes 12 über ihre jeweiligen sich in axialer Richtung ausbildenden Stirnseiten ein Verbund geschaffen wird, der bereits das Nockenpaket 12 bildet. Dazu ist erfindungsgemäß kein Trägerrohr notwendig, auf dem die einzelnen Komponenten wie die Nocken 13, 14, 26, 27, 28, 29 und das Verstellglied 15 angeordnet werden müssen. Damit können die Innenverzahnung 16 und diese Rastnuten 18 direkt in die Nocken 13, 14, 28, 27, 28, 29 und in das Verstellglied 15 eingebracht werden, wobei beispielhaft drei Rastnuten 18 innenseitig in das Verstellglied 15 eingebracht sind, die zur axialen Verrastung des Nockenpaketes 12 mit einem Rastmittel zusammenwirken können, das in der Trägerwelle 10 in nicht näher gezeigter Weise angeordnet ist.
Die Nocken 13, 14, 28, 27, 28, 29 weisen jeweils unterschiedliche Nockenkonturen auf, beispielsweise können die Nocken 13, 14, 26, 27, 28, 29 unterschiedliche Nockenkuppen aufweisen oder die Nockenkuppen sind in unterschiedlichen Winkeln über dem Umfang ausgebildet. Durch die axiale Verstellbarkeit des Nockenpaketes 12 können Abgreifelemente, die eine feste axiale Position aufweisen, mit verschiedenen Nocken 13, 14, 26 oder 27, 28, 29 zusammenwirken, um beispielsweise den Ventilhub, jedoch beispielsweise auch Ventilsteuerzeiten zu ändern.
Figur 2 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel zur Bildung des Verbundes der Nocken 13, 14, 26, 27, 28, 29 und des Versteilgliedes 15. Die Verbindung ist durch Zuganker 22 gebildet, und es sind beispielhaft zwei Zuganker 22 über dem Umfang des Nockenpaketes 12 dargestellt, wobei insbesondere mehr als zwei Zuganker 22 vorgesehen sein können, die gleichverteilt auf dem Umfang des Nockenpaketes 12 angeordnet sind. Die Zuganker 22 erstrecken sich parallel zur Wellenachse 11 durch die Nocken 13, 14, 26, 27, 28, 29 und das Verstellglied 15, und sind unter axiale Zugspannung gesetzt. Damit werden die Komponenten des Nockenpaketes 12 stirnseitig aufeinander gepresst, um einen mechanisch belastbaren Verbund zu bilden. Die Zuganker 22 können als Schraubelemente oder als Spannstifte ausgebildet werden, um in die Zuganker 22 eine Zugspannung einzubringen.
Figur 3 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel zur Bildung des Nockenpaketes 12, wobei die Verbindungen zwischen den Nocken 13, 14, 26, 27, 28, 29 und dem Verstellglied 15 über Schweißverbindungen 19, 20 ausgeführt sind. Die Schweißverbindungen 19 sind als außenumfängliche Schweißverbindungen und die Schweißverbindungen 20 sind als innenumfängliche Schweißverbindungen ausgebildet. Die außenumfänglichen und innenumfänglichen Schweißverbindungen 19 und 20 sind lediglich beispielhaft gezeigt, wobei beispielsweise auch lediglich innenumfängliche Schweißverbindungen 20 ausreichend sein können, um einen mechanisch belastbaren Verbund der Komponenten des Nockenpaketes 12 zu bilden. Beispielsweise können die Schweißverbindungen 19 und 20 durch Laserstrahl-Schweißungen oder durch Elektronenstrahl-Schweißungen erzeugt werden, um die thermische Einwirkung auf die Nocken 13, 14, 28, 27, 28, 29 und das Verstellglied 15 zu minimieren.
Figur 4 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel zur Bildung des Nockenpaketes 12, wobei die Nocken 13, 14, 26, 27, 28, 29 untereinander und das Versteilglied 15 mit den benachbarten Nocken 26, 27 durch Lötverbindungen 21 verbunden sind. Die Lötverbindungen 21 können beispielsweise durch Lötfolien vorbereitet werden, die zwischen den einzelnen Komponenten des Nockenpaketes 12 angeordnet werden, und nach Anordnung der Nocken 13, 14, 26, 27, 28, 29 und des VerStellgliedes 15 in axial benachbarter Anordnung zueinander kann das derart vorbereitete Nockenpaket 12 auf Lotschmelztemperatur gebracht werden, um die Lötverbindungen 21 fertigzustellen. Alternativ zu den gezeigten Lötverbindungen 21 können Klebeverbindungen zwischen den Komponenten des Nockenpaketes 12 vorgesehen sein.
Figur 5 zeigt schließlich eine weitere Ausführungsform eines Nockenpaketes 12 mit einem Verstellglied 15 und Nocken 13, 14, 26, 27', 28, 29, wobei die Nocke 27' zugleich als Lagerelement 23 ausgeführt ist. Die Nocke 27' ist als Nullhubnocke ausgeführt, und weist einen zylindrischen Außenumfang auf. Neben dem - nicht weiter gezeigten - Abgriff durch ein Abgriffselement zur Ventilsteuerung ist das Nockenpaket 12 in einem Lagerbock 24 gelagert, in den ein Lager 25 eingebracht ist. Damit erfüllt die Nocke 27' sowohl eine Nullhubfunktion zur Ventilsteuerung als auch die Funktion zur Lagerung des Nockenpaketes 12. Die Verbindung zwischen den Komponenten des Nockenpaketes 12 kann gemäß dem Ausführungsbeispiel in Figur 2, in Figur 3 oder in Figur 4 ausgeführt sein.
Im Ergebnis wird ein Nockenpaket 12 geschaffen, das ohne die Verwendung eines Trägerrohres ausgebildet werden kann. Weiterhin bleibt die Möglichkeit erhalten, die verschiedenen Komponenten des Nockenpaketes 12 jeweils einzeln mechanischen und/oder thermischen Bearbeitungsschritten zuzuführen, um die Komponenten erst anschließend zu einem Nockenpaket 12 miteinander zu verbinden.
Die Innenverzahnung 18, die in die Nocken 13, 14, 26, 27, 28, 29 und in das Versteilglied
15 eingebracht ist, kann in die jeweiligen Komponenten vor der Herstellung der Fügeverbindungen einzeln eingebracht werden oder die Innenverzahnung 16 wird in das Nockenpaket 12 eingebracht, wenn die Fügeverbindungen zwischen den einzelnen Komponenten bereits hergestellt ist.
In Figur 6 ist eine quergeschnittene und in Figur 7 eine perspektivische Ansicht eines Nockenpaketes 12 gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel gezeigt. Das Nockenpaket 12 weist ein Mehrfachnockenelement 31 auf, und auf dem Außenumfang des Mehrfachnockenelementes 31 sind die Nocken 32, 33 und 34 mit unterschiedlichen Nockenprofilen ausgebildet. Das Mehrfachnockenelement 31 besitzt eine zentrale Durchgangsöffnung entlang der Wellenachse 11 , in der eine Innenverzahnung 18 eingebracht ist, die mit einer Außenverzahnung 17 einer Trägerwelle 10 in Eingriff gebracht werden kann, siehe hierzu Figur 1. Dabei ist gezeigt, dass die Innenverzahnung
16 im Mehrfachnockenelement 31 nicht durchgehend ausgebildet ist, sondern die Innenverzahnung 18 erstreckt sich lediglich über Abschnitte in Bezug auf die Wellenachse 11 , Zwischen den Abschnitten der Innenverzahnung 16 sind Rastnuten 18 eingebracht, die zur axialen Verrastung des Nockenpaketes 12 mit einem Rastmittel zusammenwirken können, das in der Trägerwelle 10 in nicht näher gezeigter Weise aufgenommen sein kann.
Das Mehrfachnockenelement 31 ist in benachbarter Anordnung zu einem Versteilglied 35 gezeigt und mit diesem verbunden. Zur Verbindung zwischen dem Mehrfachnockenelement 31 und dem Versteilglied 35 weist das Mehrfachnockenelement 31 einen Fügeabschnitt 36 auf, durch den außenseitig eine umlaufende, zylinderförmige Verbindungsfläche 40 gebildet ist. Weiterhin weist das Verstellglied 35 eine Aufnahmebohrung 37 mit einer Verbindungsfläche 41 auf. Der Fügeabschnitt 38 ist dabei in die Aufnahmebohrung 37 eingebracht, beispielsweise eingepresst worden. In nicht näher gezeigter Weise kann der Fügeabschnitt 38 alternativ oder zusätzlich in der Aufnahmebohrung 37 verschweißt, verlötet oder verklebt werden, um eine mechanisch belastbare Verbindung zwischen dem Mehrfachnockenelement 31 und dem Versteilglied 35 zu schaffen. Die Figuren 8 und 9 zeigen ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Nockenpaketes 12 in einer quergeschnittenen und in einer perspektivischen Ansicht, Das Ausführungsbeispiel umfasst zwei Mehrfachnockenelemente 31 , und auf dem Außenumfang der Mehrfachnockenelemente 31 sind jeweils die Nocken 32, 33 und 34 ausgebildet. Beide Mehrfachnockeneiemente 31 sind mit dem Verstellglied 35 verbunden, wobei die Verbindung auf gleiche Weise ausgeführt ist, wie bereits mit Figur 8 gezeigt und beschrieben.
Die Mehrfachnockeneiemente 31 besitzen innenseitig eine Innenverzahnung 18, wobei beispielhaft das rechts des Versteilgliedes 35 dargestellte Mehrfachnockenelement 31 zusätzlich drei Rastnuten 18 aufweist, durch die sich wiederum eine Unterbrechung der Innenverzahnung 16 ergibt, wohingegen das links des Versteilgliedes 35 angeordnete Mehrfachnockenelement 31 eine entlang der Wellenachse 1 1 durchgehende Innenverzahnung 18 aufweist. Beide Mehrfachnockeneiemente 35 sind in die Aufnahmebohrung des VerStellgliedes sich gegenüberstehend beispielsweise eingepresst
In den Figuren 10 und 1 1 sind weitere Ausführungsbeispiele von Nockenpaketen 12 gezeigt, und Figur 10 zeigt ein Ausführungsbeispiel mit einem Verstellglied 35, an dem nur ein Mehrfachnockenelement 31 angebracht ist. Figur 1 1 zeigt hingegen ein Ausführungsbeispiel mit einem Verstellglied 35, und ein erstes Mehffachnockenelement 31 ist auf einer ersten Seite und ein weiteres Mehrfachnockenelement 31 ist auf einer gegenüberliegenden zweiten Seite des Versteilgliedes 35 angeordnet. Sämtliche Mehrfachnockeneiemente 31 besitzen auf ihrem Außenumfang die Nocken 32, 33 und 34, wobei innenseitig der Mehrfachnockeneiemente 31 eine Innenverzahnung 16 gezeigt ist, die in Umfangsrichtung mehrere Unterbrechungen aufweist. Das in Figur 11 gezeigte Mehrfachnockenelement 31 auf der rechten Seite des VerStellgliedes 35 besitzt überdies Rastnuten 18.
Die Verbindung zwischen den VerStellgliedern 35 und den Mehrfachnockenelementen 31 in den Figuren 10 und 1 1 ist über ein Feder-Nut-System ausgebildet. Die VerStellglieder 35 besitzen stirnseitig angeordnete Fügefedern 38, die in umlaufenden Fügenuten 39 eingreifen und die in den Mehrfachnockenelementen 31 ebenfalls stirnseitig eingebracht sind. Die Fügefedern 38 und die Fügenuten 39 können vollumfänglich ausgebildet sein oder die Fügefedern 38 und die Fügenuten 39 sind über begrenzte Segmente auf dem Umfang des VerStellgliedes 35 und der Mehrfachnockenelemente 31 angeordnet.
Die haltende Anordnung der Fügefedern 38 in den Fügenuten 39 kann über eine Einpressung der Fügefedern 38 in die Fügenuten 39 ausgeführt werden, wobei nach dem Fügen der Fügefedern 38 in den Fügenuten 39 auch ein Verschweißen, ein Verlöten oder ein Verkleben der Fügefedern 38 in den Fügenuten 39 vorgesehen sein kann. Insbesondere können durch ein Laserstrahl-Kapillarschweißen besonders vorteilhaft Schweißnähte zwischen den Fügefedern 38 und den Fügenuten 39 erzeugt werden, ohne dass sich ein thermischer Verzug im gebildeten Nockenpaket 12 bildet, da durch die Verwendung eines Laserstrahls als Wärmequelle zum Schweißen der Wärmeeintrag in das Bauteil minimal ist.
Die Erfindung beschränkt sich in ihrer Ausführung nicht auf die vorstehend angegebenen bevorzugten Ausführungsbeispiele, Vielmehr ist eine Anzahl von Varianten denkbar, welche von der dargestellten Lösung auch bei grundsätzlich anders gearteten Ausführungen Gebrauch macht. Sämtliche aus den Ansprüchen, der Beschreibung oder den Zeichnungen hervorgehenden Merkmale und/oder Vorteile, einschließlich konstruktiven Einzelheiten oder räumlichen Anordnungen, können sowohl für sich als auch in den verschiedensten Kombinationen erfindungswesentlich sein.
B e z u q s z e i c h e n l i s t e
Nockenwelle Trägerwelle
Wellenachse
Nockenpaket
Nocken, 13a Stirnseite
Nocken, 14a Stirnseite
Verstellglied, 15a Stirnseite
Innenverzahnung
Außenverzahnung
Rastnut
außenumfängliche Schweißverbindung innenumfängliche Schweißverbindung
Lötverbindung
Zuganker
Lagerelement
Lagerbock
Lager
Nocke
Nocke
Nocke
Nocke
Nocke
Nutenführung
Mehrfachnockenelement
Nocke
Nocke
Nocke
Verstellglied
Fügeabschnitt Aufnahmebohrung
Fügefeder
Fügenut
Verbindungsfläche Verbindungsfläche
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