Die Erfindung betrifft eine Nockenwelle für eine Verbrennungskraftmaschine,

insbesondere eines Kraftfahrzeugs, gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1.

Eine solche Nockenwelle für eine Verbrennungskraftmaschine, insbesondere eines Kraftfahrzeugs, ist beispielsweise bereits der DE 10 2009 022 657 A1 als bekannt zu entnehmen. Die Nockenwelle umfasst dabei eine Grundwelle, welche eine als

Außenverzahnung ausgebildete erste Verzahnung aufweist. Ferner umfasst die

Nockenwelle wenigstens ein auf der Grundwelle angeordnetes Nockenelement, welches eine als Innenverzahnung ausgebildete zweite Verzahnung aufweist. Das Nockenelement ist in axialer Richtung relativ zu der Grundwelle verschiebbar und über die Verzahnungen drehfest mit der Grundwelle verbunden, so dass beispielsweise über die Verzahnungen Drehmomente zwischen dem Nockenelement und der Grundwelle übertragen werden können. Die Grundwelle ist beispielsweise eine Antriebswelle, von welcher das beispielsweise als Abtriebswelle fungierte Nockenelement antreibbar ist. Insbesondere wird das Nockenelement genutzt, um wenigstens ein Gaswechselventil der

Verbrennungskraftmaschine zu betätigen, insbesondere zu öffnen.

Außerdem offenbart die EP 0 606 820 B1 eine Spannverankerung für mindestens ein innerhalb eines Kühlrohres verlaufendes Zugelement, mit einer an einem Bauwerkteil abgestützten Ankerplatte.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Nockenwelle der eingangs genannten Art derart weiterzuentwickeln, dass ein besonders vorteilhaftes Geräuschverhalten realisiert werden kann. Diese Aufgabe wird durch eine Nockenwelle mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen Weiterbildungen der Erfindung sind in den übrigen Ansprüchen angegeben.

Um eine Nockenwelle der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Art derart weiterzuentwickeln, dass ein besonders vorteilhaftes Geräuschverhalten realisiert werden kann, ist es erfindungsgemäß vorgesehen, dass zumindest eine der Verzahnungen Zähne aufweist, deren jeweilige, insbesondere in Umfangsrichtung der Grundwelle verlaufende, Zahnbreite in axialer Richtung der Grundwelle variiert. Dadurch kann ein Verzahnungsspiel zwischen den Verzahnungen in wenigstens einer Stellung des

Nockenelements relativ zur Grundwelle zumindest eingeschränkt werden, wodurch die Entstehung von unerwünschten Verzahnungsgeräuschen im Vergleich zu herkömmlichen Nockenwellen signifikant reduziert werden kann. Gleichzeitig kann eine hinreichende Beweglichkeit der Verzahnungen und somit des Nockenelements relativ zur Grundwelle realisiert werden, so dass das Nockenelement relativ zur Grundwelle in axialer Richtung verschoben werden kann.

Der Erfindung liegt dabei insbesondere die Erkenntnis zugrunde, dass für diese

Verschiebung des Nockenelements relativ zur Grundwelle üblicherweise ein Mindestspiel erforderlich ist, welches üblicherweise durch ein Verzahnungsspiel zwischen den

Verzahnungen gewährleistet wird. Ferner kommt es insbesondere fertigungsbedingt zu Toleranzen, das heißt zu sogenannten Fertigungstoleranzen, die das Verzahnungsspiel weiterhin erhöhen. Dabei wurde gefunden, dass das Verzahnungsspiel exponentiell in das Akustikverhalten der Nockenwelle eingeht, so dass es bei einem unerwünscht hohen Verzahnungsspiel zu unerwünschten impulshaltigen Geräuschen kommen kann.

Derartige, unerwünschte impulshaltige Geräusche können nun bei der

erfindungsgemäßen Nockenwelle vermieden werden, da das Verzahnungsspiel, insbesondere in wenigstens einer Stellung des Nockenelements relativ zur Grundwelle, besonders gering gehalten werden kann bei gleichzeitiger Realisierung der

Verschiebbarkeit des Nockenelements relativ zur Grundwelle.

Beispielsweise ist das Nockenelement zwischen wenigstens zwei Stellung relativ zu der Grundwelle verschiebbar und somit in axialer Richtung der Grundwelle relativ zu dieser translatorisch bewegbar. Diese Stellungen sind vorzugsweise Endstellungen oder Endlagen, wobei das Nockenelement relativ zu der Grundwelle axial in die jeweilige Endstellung, jedoch nicht darüber hinaus verschoben werden kann. Durch die variierende Zahnbreite ist es möglich, zumindest in den Endstellungen das Verzahnungsspiel besonders gering zu halten und dabei gleichzeitig die Verschiebbarkeit des

Nockenelements relativ zu der Grundwelle sicherzustellen, so dass eine besonders vorteilhafte Funktion und ein besonders vorteilhaftes Geräuschverhalten der Nockenwelle realisiert werden können.

Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels sowie anhand der Zeichnung. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und

Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder den Figuren alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.

Die Zeichnung zeigt in:

Fig. 1 eine schematische Perspektivansicht einer erfindungsgemäßen

Nockenwelle für eine Verbrennungskraftmaschine;

Fig. 2 ausschnittsweise eine schematische Perspektivansicht einer Grundwelle der Nockenwelle;

Fig. 3 ausschnittsweise eine schematische Draufsicht eines Zahns der

Grundwelle; und

Fig. 4 jeweils ausschnittsweise schematische Schnittansichten beziehungsweise eine schematische Draufsicht der Grundwelle und eines Nockenelements der Nockenwelle, wobei in Fig. 4 zwei Stellungen des Nockenelements gezeigt sind.

In den Figuren sind gleiche oder funktionsgleiche Elemente mit den gleichen

Bezugszeichen versehen.

Fig. 1 zeigt in einer schematischen Perspektivansicht eine im Ganzen mit 10 bezeichnete Nockenwelle für eine Verbrennungskraftmaschine eines Kraftfahrzeugs, welches beispielsweise mittels der Verbrennungskraftmaschine antreibbar ist. Die

Verbrennungskraftmaschine ist dabei als Hubkolbenmaschine ausgebildet und weist wenigstens einen als Zylinder ausgebildeten Brennraum auf, welchem wenigstens ein Gaswechselventil zugeordnet ist. Insbesondere sind dem Brennraum mehrere

Gaswechselventile zugeordnet, von denen wenigstens ein Gaswechselventil als

Einlassventil und ein weiteres Gaswechselventil als Auslassventil ausgebildet ist. Mittels der Gaswechselventile wird der sogenannte Ladungswechsel des Zylinders gesteuert. Im Folgenden wird die Nockenwelle 10 am Beispiel eines der Gaswechselventile erläutert, wobei die vorigen und folgenden Ausführungen zu dem einen Gaswechselventil ohne weiteres auch auf etwaige andere Gaswechselventile übertragbar sind.

Die Nockenwelle 10 wird genutzt, um das Gaswechselventil zu betätigen, das heißt zu öffnen. Das Gaswechselventil ist dabei translatorisch bewegbar an einem Zylinderkopf der Verbrennungskraftmaschine gehalten, wobei das Gaswechselventil zwischen einer Schließstellung und wenigstens zwei voneinander unterschiedlichen Offenstellungen translatorisch relativ zu dem Zylinderkopf bewegbar ist. Dabei wird die Nockenwelle 10 genutzt, um das Gaswechselventil aus der Schließstellung in die jeweilige Offenstellung zu bewegen. Hierzu umfasst die Nockenwelle 10 eine Grundwelle 12, welche auch als Flanschwelle oder Antriebswelle bezeichnet wird. Ferner umfasst die Nockenwelle 10 wenigstens ein Nockenelement 14, welches auch als Nockenwellenbuchse bezeichnet wird und beispielsweise eine Abtriebswelle ist beziehungsweise als Abtriebswelle der Nockenwelle 10 fungiert.

Beim Bewegen des Gaswechselventils aus der Schließstellung in eine erste der

Offenstellungen führt das Gaswechselventil einen ersten Hub aus. Beim Bewegen des Gaswechselventils aus der Schließstellung in die zweite Offenstellung führt das

Gaswechsel ventil einen gegenüber dem ersten Hub größeren zweiten Hub aus, so dass beispielsweise die erste Offenstellung zwischen der Schließstellung und der zweiten Offenstellung angeordnet ist. Die Nockenwelle 10 wird dabei genutzt, um zwischen den Hüben des Gaswechselventils umzuschalten, so dass die Nockenwelle 10 beispielsweise in einem Ventilhub-Umschalt-System genutzt wird. Dieses Umschalten zwischen den Hüben wird auch als Hubumschaltung bezeichnet und erfolgt im Rahmen eines jeweiligen Ventilhub-Schaltvorgangs.

Dabei ist das Nockenelement 14, welches in Fig. 1 transparent dargestellt ist, auf der Grundwelle 12 angeordnet und in axialer Richtung der Grundwelle 12 relativ zu dieser zwischen wenigstens zwei voneinander unterschiedlichen Stellungen translatorisch bewegbar, das heißt verschiebbar. Die Nockenwelle 10 ist in vollständig hergestelltem Zustand der Verbrennungskraftmaschine an dem genannten Zylinderkopf um eine Drehachse relativ zu dem Zylinderkopf drehbar gelagert. Dabei umfasst die

Verbrennungskraftmaschine wenigstens eine beispielsweise als Kurbelwelle ausgebildete Abtriebswelle, welche an einem weiteren Gehäuseelement um eine zweite Drehachse relativ zu dem weiteren Gehäuseelement drehbar gelagert ist. Dabei verlaufen die Drehachsen beispielsweise zumindest im Wesentlich parallel zueinander. Die

Nockenwelle 10, insbesondere die Grundwelle 12, ist dabei, insbesondere über ein Antriebssystem, von der Abtriebswelle antreibbar. Bei dem Antriebssystem handelt es sich beispielsweise um einen Zugmitteltrieb, welcher als Riementrieb oder aber als Kettentrieb ausgebildet sein kann. Ferner kann es sich bei dem Antriebssystem um einen Zahnradtrieb handeln.

Das Nockenelement 14 weist beispielsweise einen ersten Nocken 16 und einen in axialer Richtung des Nockenelements 14 und somit der Grundwelle 12 auf den Nocken 16 folgenden zweiten Nocken 18 auf. Das Gaswechselventil ist mittels des jeweiligen Nockens 16 beziehungsweise 18 betätigbar, wobei beispielsweise mittels des Nockens 16 der erste Hub und somit die erste Offenstellung und mittels des zweiten Nockens 18 der zweite Hub und somit die zweite Offenstellung bewirkbar ist. Dabei ist das

Gaswechselventil beispielsweise zumindest mittelbar mittels des jeweiligen Nockens 16 beziehungsweise 18 betätigbar, wobei vorgesehen sein kann, dass das Gaswechselventil beispielsweise über ein in den Fig. nicht näher dargestelltes Betätigungselement mittels des jeweiligen Nockens 16 beziehungsweise 18 betätigbar ist. Bei dem

Betätigungselement handelt es sich beispielsweise um einen Stößel oder aber um einen Schlepphebel.

Um den ersten Hub und somit die erste Offenstellung des Gaswechselventils zu bewirken, wird beispielsweise das Nockenelement 14 in eine erste der Stellungen bewegt. In der ersten Stellung ist das Gaswechselventil mittels des ersten Nockens 16 betätigbar, wobei in der ersten Stellung eine durch den Nocken 18 bewirkte Betätigung des

Gaswechselventils unterbleibt. Um den zweiten Hub zu bewirken, wird beispielsweise das Nockenelement 14 in die zweite Stellung bewegt. In der zweiten Stellung ist das

Gaswechselventil mittels des zweiten Nockens 18 betätigbar, wobei eine durch den ersten Nocken 16 bewirkbare Betätigung des Gaswechselventils unterbleibt. Die

Stellungen sind jeweilige Endlagen oder Endstellungen, so dass das Nockenelement 14 in axialer Richtung der Grundwelle 12 relativ zu dieser in die jeweilige Endstellung, nicht jedoch darüber hinaus verschoben werden kann. Somit ist das Nockenelement 14 auf der Grundwelle 12 axial verschiebbar gelagert. Um das Gaswechselventil mittels des jeweiligen Nockens 1Θ beziehungsweise 18 zu betätigen, wird das Nockenelement 14 um die erste Drehachse relativ zu dem

Gaswechselventil beziehungsweise relativ zu dem Betätigungselement gedreht. Hierzu wird das Nockenelement 14 von der Grundwelle 12 angetrieben und dadurch um die erste Drehachse gedreht. Zu diesem Zweck weist die Grundwelle 12 wenigstens eine besonders gut aus Fig. 2 erkennbare erste Verzahnung 20 auf, welche als

Außenverzahnung ausgebildet ist. Die Außenverzahnung weist eine Mehrzahl von in Umfangsrichtung der Grundwelle 12 aufeinanderfolgend und voneinander beabstandet angeordneten ersten Zähnen 22 auf, zwischen welchen jeweilige Zahnlücken 24 der ersten Verzahnung 20 angeordnet sind.

In Zusammenschau mit Fig. 4 ist besonders gut erkennbar, dass das Nockenelement 14 eine zweite Verzahnung 26 aufweist, welche als Innenverzahnung ausgebildet ist und dabei eine Mehrzahl von in Umfangsrichtung der Grundwelle 12 und somit des

Nockenelements 14 aufeinanderfolgend und dabei voneinander beabstandet angeordnete Zähne 28 umfasst. Ferner umfasst auch die Verzahnung 26 jeweilige, zwischen den zweiten Zähnen 28 angeordnete Zahnlücken 30. Im vollständig hergestellten Zustand der Nockenwelle 10 stehen die Verzahnungen 20 und 26 miteinander in Eingriff, so dass die Zähne 22 in die Zahnlücken 30 und die Zähne 28 in die Zahnlücken 24 eingreifen.

Dadurch ist das Nockenelement 14 über die Verzahnungen 20 und 26 drehfest mit der Grundwelle 12 verbunden, so dass über die Verzahnungen 20 und 26 Drehmomente zwischen dem Nockenelement 14 und der Grundwelle 12, insbesondere von der

Grundwelle 12 auf das Nockenelement 14, übertragen werden können. Dadurch ist das Nockenelement 14 antreibbar und somit um die erste Drehachse drehbar.

Fig. 4 zeigt die zwei Stellungen, in die das Nockenelement 14 relativ zur Grundwelle 12 verschiebbar ist. Die erste Stellung wird mit S1 bezeichnet, wobei die zweite Stellung mit S2 bezeichnet ist. Da in der ersten Stellung S1 der gegenüber dem zweiten Hub geringere erste Hub eingestellt ist, wird die erste Stellung auch als Niederhub-Stellung und der erste Hub auch als Niederhub (NH) bezeichnet. Demzufolge wird die zweite Stellung S2 als Hochhub-Stellung und der zweite Hub als Hochhub (HH) bezeichnet. In Fig. 3 und 4 veranschaulicht ein Doppelpfeil 32 einen Verschiebeweg, um welchen das Nockenelement 14 in axialer Richtung der Grundwelle 12 relativ zu dieser verschoben wird, um das Nockenelement 14 von Endlage zu Endlage zu bewegen. Die Stellungen S1 und S2 sind somit jeweilige Schaltstellungen oder Schaltpositionen, in die das

Nockenelement 14 relativ zur Grundwelle 12 verschoben werden kann. Um nun ein besonders vorteilhaftes Geräuschverhalten der Nockenwelle 10 und somit der Verbrennungskraftmaschine des Kraftfahrzeugs insgesamt realisieren zu können, weisen die Zähnen 22 der Verzahnung 20 und/oder die Zähne 28 der Verzahnung 26 eine jeweilige, insbesondere Umfangsrichtung der Grundwelle 12 beziehungsweise des Nockenelements 14 verlaufende Zahnbreite auf, die auch als Breite bezeichnet wird und in axialer Richtung der Grundwelle 12 und somit des Nockenelements 14 variiert. In Fig. 3 ist einer der Zähne 22 in einer schematischen Draufsicht gezeigt. Die Breite des in Fig. 3 gezeigten Zahns 22 ist in Fig. 3 mit B bezeichnet, so dass in Fig. 3 besonders gut erkennbar ist, dass die Breite B beziehungsweise ihre Werte in axialer Richtung der Grundwelle 12 und somit in Längserstreckungsrichtung des Zahns 22 variieren. Die vorigen und folgenden Ausführungen zum Zahn 22 und zur Verzahnung 20 können ohne weiteres auch auf den jeweiligen Zahn 28 und die Verzahnung 26 übertragen und umgekehrt.

Aus Fig. 3 ist besonders gut erkennbar, dass der jeweilige Zahn 22 beispielsweise als Trompeten-Zahn ausgebildet ist, so dass beispielsweise die Verzahnung 20 als

Trompeten-Verzahnung ausgebildet ist. Dabei weist der Zahn 22 zumindest einen Längenbereich L auf, welcher sich in axialer Richtung keilförmig erweitert. Ferner weist der Zahn 22 einen ersten Teilbereich 34 und einen in axialer Richtung auf den ersten Teilbereich 34 folgenden zweiten Teilbereich 36 auf, wobei die Teilbereich 34 und 36 beispielsweise jeweilige Längenbereich des Zahns 22 sind. In dem ersten Teilbereich 34 weist die Breite B einen ersten Wert auf, wobei die Breite B in dem zweiten Teilbereich 36 einen gegenüber dem ersten Wert größeren zweiten Wert aufweist. Beispielsweise ist der zweite Wert um 10 Mikrometer größer als der erste Wert, so dass der Zahn 22 in dem zweiten Teilbereich 36 breiter als in dem ersten Teilbereich 34 ist. Der jeweilige

Teilbereich 34 beziehungsweise 36 ist ein Kontaktbereich, so dass der Teilbereich 34 beispielsweise ein erster Kontaktbereich und der Teilbereich 36 ein zweiter

Kontaktbereich ist. Dabei sind in den Kontaktbereichen jeweilige Kontaktstellen 38 und 40 vorgesehen, an denen die Verzahnungen 20 und 26 in der jeweiligen Endlage in gegenseitigem Kontakt stehen. Dabei ist es beispielsweise vorgesehen, dass die

Verzahnungen 20 und 26 in der ersten Stellung S1 über den ersten Kontaktbereich und in der zweiten Stellung S2 über den zweiten Kontaktbereich in gegenseitigem Kontakt stehen, wobei beispielsweise die Verzahnungen 20 und 26 in der ersten Stellung S1 nicht über den zweiten Kontaktbereich und in der zweiten Stellung S2 nicht über den ersten Kontaktbereich in gegenseitigem Kontakt stehen. Somit ist bei der Nockenwelle 10 eine Trennung der Kontaktbereiche hinsichtlich der Endstellungen vorgesehen, so dass der erste Kontaktbereich beispielsweise ein

Niederhub-Bereich und der zweite Kontaktbereich ein Hochhub-Bereich ist. Dadurch kann in den Endlagen ein Verzahnungsspiel zwischen den Verzahnungen 20 und 26 besonders gering gehalten werden, so dass es nicht zur Entstehung von unerwünschten

Geräuschen kommt. Die Endlagen sind sogenannte Verzahnungsendlagen, in denen die Verzahnungen 20 und 26 zum Liegen kommen. Durch die variierende Breite B kann gleichzeitig ein für die Verschiebung des Nockenelements 14 relativ zur Grundwelle 12 hinreichendes Verzahnungsspiel gewährleistet werden, so dass das Nockenelement 14 relativ zur Grundwelle 12 verschoben werden kann. Mit anderen Worten ermöglicht es die Trompeten-Verzahnung einerseits, die Verzahnungsspiele in den Endlagen besonders gering zu halten, und andererseits, ein für den Verschiebevorgang hinreichendes

Verzahnungsspiel zu realisieren, so dass das Nockenelement 14 vorteilhaft und insbesondere reibungsarm relativ zur Grundwelle 12 verschoben werden kann.

Da die Breite B in dem Teilbereich 36 einen größeren Wert als in dem Teilbereich 34 aufweist, ist in dem Teilbereich 36 gegenüber dem Teilbereich 34 eine

Zahndickenerhöhung vorgesehen. Ferner weist die Breite B in dem Teilbereich 34 einen größeren Wert als in wenigstens einem sich an den Teilbereich 34 anschließenden, von den Teilbereichen 34 und 36 unterschiedlichen und beispielsweise in axialer Richtung zwischen den Teilbereichen 34 und 36 angeordneten dritten Teilbereich des Zahns 22 auf, so dass in den Teilbereichen 34 und 36 gegenüber dem dritten Teilbereich eine Zahndickenerhöhung realisiert ist. Dadurch kann das Verzahnungsspiel zwischen den Verzahnungen 20 und 26 in den Endlagen besonders gering gehalten werden, so dass es insbesondere in den Endlagen nicht zur Entstehung von unerwünschten Geräuschen kommt.

Daimler AG

Bezugszeichenliste

10 Nockenwelle

12 Grund welle

14 Nockenelement

16 erster Nocken

18 zweiter Nocken

20 erste Verzahnung

22 erster Zahn

24 Zahnlücke

26 zweite Verzahnung

28 zweiter Zahn

30 Zahnlücke

32 Doppelpfeil

34 Teilbereich

36 Teilbereich

38 Kontaktstelle

40 Kontaktstelle

B Breite

L Längenbereich

51 erste Stellung

52 zweite Stellung