Beschreibung

Verfahren und Vorrichtung zur Fertigung eines dreidimensionalen Nockens und dreidimensionaler Nocken, insbesondere zur variablen Betätigung von Hubventilen in Brennkraftmaschinen

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Fertigung eines dreidimensionalen Nockens gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 und eine Vorrichtung zur Fertigung eines dreidimensionalen Nockens gemäß dem Oberbegriff des nebengeordneten Anspruchs 14 und einen dreidimensionalen Nocken gemäß dem Oberbegriff des nebengeordneten Anspruchs 30, insbesondere zur variablen Betätigung von Hubventilen in Brennkraftmaschinen, der üblicherweise durch Schleifen mit einem Rotationskörper erzeugt wird.

Bekannt sind konische, dreidimensionale Nocken, die einen Nockenfolger antreiben, der den konischen Nocken weitgehend in einer Linie berührt. Der Nockenfolger betätigt direkt oder über Zwischenglieder ein Hubventil einer Brennkraftmaschine. Durch Verschieben des konischen Nockens entlang seiner Rotationsachse kann der Nockenfolger von verschiedenen Bereichen des konischen Nockens angetrieben werden, so daß sich verschiedene Ventilhubverläufe ergeben. Die Variation der Ventilhubverläufe ermöglicht variable Steuerzeiten der Ventile, variable Ventilöffnungsdauern und variable Ventilhübe.

Solche vollvariablen Ventiltriebe in Brennkraftmaschinen ermöglichen die Verbesserung von Drehmomenten, Leistungen, Wirkungsgraden, die Verringerung des Schadstoffausstoßes und des Verbrauches und bei Ottomotoren die Lastregelung und damit den Entfall eines Drosselorgans,

Bekannt geworden ist eine sehr große Zahl variabler Ventiltriebe, die Anforderungen wie variable Steuerzeiten, variable Ventilöffnungsdauer und variabler Ventilhub und definierte Ventilhubverlaufskurven nur zum Teil oder mit erheblichem Aufwand oder mit erheblichem Bauraumbedarf erfüllen.

Mit den bekannten Konstruktionen von konischen dreidimensionalen Nocken ist es nicht oder nur mit aufwendigen zusätzlichen Maßnahmen oder Bauteilen möglich, bei Linienberührung zwischen Nocken und Nockenfolger Ventilhubkurven zu erzeugen,

die am Anfang und Ende des Ventilhubes sehr flach und stetig verlaufen, was aus Geräusch- und Beanspruchungsgründen erforderlich ist.

Ein solcher Ventiltrieb mit einem konischen Nocken und Linienberührung zwischen Nocken und Nockenfolger ist in US 4,693,214 beschrieben.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren zur Erzeugung eines dreidimensionalen Nockens und eine Vorrichtung zur Erzeugung eines dreidimensionalen Nockens und einen dreidimensionalen Nocken zu schaffen, derart, daß der dreidimensionale Nocken eine Oberflächenform aufweist, die (z. B. durch Schleifen) mit einem einzigen Rotationskörper während einer einzigen Drehung des Nockens um seine Rotationsachse herstellbar ist, der Nocken einen im wesentlichen auf dem Nocken rollenden Nockenfolger antreibt und der Nocken durch Längsverschiebung entlang seiner Drehachse unterschiedliche Ventilhubverläufe erzeugt, die insbesondere im Bereich der beginnenden und endenden Ventilerhebung mindestens bis in die zweite Ableitung stetig verlaufen. Dadurch wird es möglich, einen vollvariablen Ventiltrieb mit gewünschten Ventilerhebungskurven und mit kleiner Antriebsleistung, geringem Aufwand und geringem Bauraumbedarf zu schaffen.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß ein auf einer längsverschieblichen Nockenwelle angeordneter dreidimensionaler Nocken mit einem Erhebungsabschnitt (1) und einem Grundkreiszylinderabschnitt (2) sowie einer Rotationsachse (3) eine Oberflächenform aufweist, die in allen Bereichen ein exaktes Erzeugen von Ventilhubsollkurven ermöglicht und der dreidimensionale Nocken die Oberfläche einer von ihm getriebenen Rolle ausschließlich oder in bestimmten Bereichen in einem Punkt berührt. Dabei ist jeder Punkt des Erhebungsabschnittes (1 ) und jeder Punkt des Grundkreiszylinderabschnittes (2) des dreidimensionalen Nockens dadurch gekennzeichnet, daß sich ein Rotationskörper (4), z.B. eine Schleifscheibe, so an jeden dieser Punkte anlegen läßt, daß der Rotationskörper zumindest mit Teilen seiner peripheren Fläche (5) den Erhebungsabschnitt (1) bzw. den Grundkreiszylinderabschnitt (2) des dreidimensionalen Nockens über die gesamte axiale Nockenlänge (11) in einer Berührungskurve (10) berührt. Für verschiedene Oberflächenpunkte des Erhebungsabschnittes (1) hat dabei die Rotationsachse (6) des Rotationskörpers (4) in Bezug zur Rotationsachse (3) des dreidimensionalen Nockens unterschiedliche Lagen.

Erfindungsgemäß kreuzt die Rotationachse (6) des Rotationskörpers (4) bei Berührung des Grundkreiszylinderabschnitts (2) die Rotationsachse (3) des Nockens in einem für alle Punkte des Grundkreiszylinderabschnitts (2) gleichen ersten Kreuzungswinkel (J) oder in einem zweiten Kreuzungswinkel (8). Der zweite Kreuzungswinkel (8) kann gleich dem Betrag des ersten Kreuzungswinkels (7), aber negativ sein.

Erfindungsgemäß kreuzt die Rotationsachse (6) des Rotationskörpers (4) am Anfang des Erhebungsabschnitts (1) des dreidimensionalen Nockens die Rotationsachse (3) des Nockens in dem ersten Kreuzungswinkel (7) und bei Ende des Erhebungsabschnitts (1) in dem zweiten Kreuzungswinkel (8), wobei unter Anfang und Ende des Erhebungsabschnitts (1) die sich gegenüberliegenden zwei Begrenzungskurven (66, 67) zwischen Grundkreiszylinderabschnitt (2) und Erhebungsabschnitt (1) mit unendlich kleiner Erhebung zu verstehen sind. Damit führt die Rotationsachse (6) des Rotationskörpers (4) bei Berührung des Erhebungsabschnitts (1) des Nockens vom Anfang des Erhebungsabschnittes (1 ) bis zum Ende des Erhebungsabschnitts (1) eine Drehung vom ersten Kreuzungswinkel (7) bis zum zweiten Kreuzungswinkel (8) um eine Drehachse (12) des Rotationskörpers (4) relativ zur Rotationsachse (3) des Nockens aus. Neben dieser Drehung führt die Rotationsachse (6) des Rotationskörpers (4) Bewegungen im Raum derart aus, daß eine gewünschte dreidimensionale Form des Erhebungsabschnittes (1) des dreidimensionalen Nockens entsteht.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen erläutert.

Fig. 1a zeigt einen dreidimensionalen Nocken mit einem Erhebungsabschnitt (1 ) und einem Grundkreiszylinderabschnitt (2), der um eine Rotationsachse (3) rotiert und einen Rotationskörper (4) mit einer Rotationsachse (6) und einer peripheren Fläche (5), der den Grundkreiszylinderabschnitt (2) des dreidimensionalen Nockens auf seiner gesamten Nockenlänge (11) mit zumindest Abschnitten der peripheren Fläche (5) berührt. Die Rotationsachse (6) des Rotationskörpers (4) verläuft in diesem speziellen Beispiel in der gewählten Ansicht parallel zur Rotationsachse (3) des Nockens. Die Rotationsachse (6) des Rotationskörpers (4) hat zur Rotationsachse

(3) des Nockens einen Abstand (9). Der Rotationskörper (4) weist eine Drehachse (12) auf.

Fig. 1 b zeigt eine Draufsicht auf Fig. 1a. Der dreidimensionale Nocken rotiert um seine Rotationsachse (3). über ihm sieht man den Rotationskörper (4) mit der Drehachse (12) und seiner Rotationsachse (6). Die Rotationsachse (6) des Rotationskörpers (4) kreuzt die Rotationsachse (3) des Nockens in einem ersten Kreuzungswinkel (7). Die periphere Fläche (5) des Rotationskörpers (4) aus Fig. 1a ist in Fig. 1b aufgeteilt in einen den Grundkreiszylinderabschnitt (2) erzeugenden Flächenabschnitt (5a) und einen seitlichen Flächenabschnitt (5b) und einen weiteren seitlichen Flächenabschnitt (5c). Der den Grundkreiszylinderabscnitt (2) erzeugende Flächenabschnitt (5a) des Rotationskörpers (4) berührt den Grundkreiszylinderabschnitt (2) des dreidimensionalen Nockens in einer Berührungskurve (10). Die Berührungskurve (10) erstreckt sich über die gesamte Nockenlänge (11). Der Rotationskörper hat eine gesamte axiale Länge (13). Der Flächenabschnitt (5a) des Rotationskörpers (4) hat eine axiale Länge (13a).

Fig. 2a zeigt einen dreidimensionalen Nocken mit einem Erhebungsabschnitt (1) und einem Grundkreisabschnitt (2), der um eine Rotationsachse (3) rotiert, und einen Rotationskörper (4) mit einer Rotationsachse (6) und einer peripheren Fläche (5), der den Grundkreiszylinderabschnitt (2) des dreidimensionalen Nockens auf einer gesamten axialen Nockenlänge (11) mit zumindest Teilen der peripheren Fläche (5) berührt. Die Rotationsachse (6) des Rotationskörpers (4) verläuft in diesem speziellen Beispiel in der gewählten Ansicht parallel zur Rotationsachse (3) des Nockens. Die Rotationsachse (6) des Rotationskörpers (4) hat zur Rotationsachse (3) des Nockens einen Abstand (9). Der Rotationskörper (4) weist eine Drehachse (12) auf. Im Vergleich zu Fig. 1a ist der Rotationskörper (4) um seine Drehachse (12) gedreht.

Fig. 2b zeigt eine Draufsicht auf Fig. 2a. Der dreidimensionale Nocken rotiert um die Rotationsachse (3). über ihm sieht man den Rotationskörper (4) mit der Drehachse (12) und der Rotationsachse (6). Die Rotationsachse (6) des Rotationskörpers (4) kreuzt die Rotationsachse (3) des Nockens in einem zweiten Kreuzungswinkel (8) von gleicher, aber negativer Größe des ersten Kreuzungswinkels (7). Die periphere

Fläche (5) des Rotationskörpers (4) ist aufgeteilt in drei Flächenabschnitte (5a), (5b) und (5c). Der den Grundkreiszylinderabschnitt (2) erzeugende Flächenabschnitt (5a) des Rotationskörpers (4) berührt den Grundkreiszylinderabschnitt (2) des dreidimensionalen Nockens in einer Berührungskurve (10). Die Berührungskurve (10) erstreckt sich über die gesamte axiale Nockenlänge (11).

Fig. 3 zeigt einen dreidimensionalen Nocken mit einem Erhebungsabschnitt (1 ) und einem Grundkreiszylinderabschnitt (2) und einer Rotationsachse (3). Der Nocken wird berührt von einer peripheren Fläche (5) eines Rotationskörpers (4) mit einer Rotationsachse (6), einer Drehachse (12) und einer Hubrichtung (31).

Fig. 4 zeigt einen dreidimensionalen Nocken mit einem Erhebungsabschnitt (1 ) und einem Grundkreiszylinderabschnitt (2) und einer Rotationsachse (3). Die Rotationsachse (3) des dreidimensionalen Nockens ist in Lagern (58) drehbar. Der Nocken wird berührt von einer peripheren Fläche (5) eines Rotationskörpers (4) mit einer Rotationsachse (6), einer Drehachse (12) und einer die Nockenerhebung erzeugenden weiteren Drehachse (41). Die die Nockenerhebung erzeugende weitere Drehachse (41 ) weist eine Verschiebungseinrichtung (43) auf. Die die Nockenerhebung erzeugende weitere Drehachse (41) und die Drehachse (12) des Rotationskörpers (4) sind durch eine eine Verschiebungseinrichtung (44) einschließende Verbindung (42) verbunden. Ein Verbindungsteil (45) ist zwischen der Drehachse (12) und der Rotationsachse (6) des Rotationskörpers (4) angeordnet und weist eine Lagerung (46) der Drehachse (12) des Rotationskörpers (4) und eine Lagerung (47) der Rotationsachse (6) des Rotationskörpers (4) auf.

Fig. 5 zeigt einen dreidimensionalen Nocken mit einem Erhebungsabschnitt (1) und einem Grundkreiszylinderabschnitt (2) und einer Rotationsachse (3). Die Rotationsachse (3) des dreidimensionalen Nockens ist in Lagern (58) eines Verbindungsteiles (57) gelagert. Das Verbindungsteil (57) weist eine Drehachse (55) auf, die in Lagern (56) drehbar ist.

Der Nocken wird berührt von einer peripheren Fläche (5) eines Rotationskörpers (4) mit einer Rotationsachse (6). Die Rotationsachse (6) des Rotationskörpers (4) ist in einer Lagerung (54) rotierbar und längsverschiebbar. Die Lagerung (54) ist über eine Verbindung (52) mit einer die Nockenerhebung erzeugenden Drehachse (41 )

verbunden. Die die Nockenerhebung erzeugende Drehachse (41 ) weist eine Verschiebungseinrichtung (43) auf.

Fig. 6 zeigt einen dreidimensionalen Nocken mit einem Erhebungsabschnitt (1 ) und einem Grundkreiszylinderabschnitt (2) und einer Rotationsachse (3). Der Nocken wird berührt von einer peripheren Fläche (5) eines Rotationskörpers (4) mit einer Rotationsachse (6), einer Drehachse (12), einer Hubrichtung (61) und einer weiteren Drehachse (62) zur Einstellung des Verlaufs der Höhe der Nockenerhebung über der Rotationsachse (3) des dreidimensionalen Nockens.

Fig. 7 zeigt einen dreidimensionalen Nocken mit einem Erhebungsabschnitt (1) und einem Grundkreiszylinderabschnitt (2) und einer Rotationsachse (3). Der dreidimensionale Nocken wird berührt von einer peripheren Fläche eines Rotationskörpers (4) mit einer Rotationsachse (6) und einer Drehachse (12). Die periphere Fläche des Rotationskörpers (4) setzt sich zusammen aus einem den Grundkreiszylinderabschnitt (2) erzeugenden Flächenabschnitt (5a) mit einer axialen Länge (13a), der den Grundkreiszylinderabschnitt (2) bei entsprechender Lage des Rotationskörpers (4) in einer Berührungskurve berührt und einem seitlichen Flächenabschnitt (5b), der die Gestalt eines Kegelstumpfmantels besitzt.

Fig. 8 zeigt einen dreidimensionalen Nocken mit einem Erhebungsabschnitt (1) und einem Grundkreiszylinderabschnitt (2) und einer Rotationsachse (3). Der Nocken treibt eine Rolle (20) mit einer Rotationsachse (21) und einer nockenberührenden peripheren Rollenfläche (24). Die Rotationsachse (21) der Rolle (20) wird parallel zur Rotationsachse (3) des Nockens in einer Bewegungsrichtung (22) bewegt. Der Kontakt zwischen Rolle (20) und Nocken läuft auf einer Spur (25) der Rolle (20) auf dem Nocken.

Fig. 9 zeigt einen dreidimensionalen Nocken mit einem Erhebungsabschnitt (1 ) und einem Grundkreiszylinderabschnitt (2) und einer Rotationsachse (3). Der Nocken treibt eine Rolle (20) mit einer Rotationsachse (21). Die Rotationsachse (21) der Rolle (20) wird unparallel zur Rotationsachse (3) des Nockens in einer Bewegungsrichtung (22) bewegt.

Fig. 10 zeigt einen dreidimensionalen Nocken mit einem Erhebungsabschnitt (1), der einen Bereich (26) enthält, der eine durch die Rotationsachse (3) des Nockens verlaufende Ebene in einer Geraden schneidet, und einem Grundkreiszylinderabschnitt (2) und einer Rotationsachse (3). Der Nocken wird berührt von einer peripheren Fläche eines Rotationskörpers (4) mit einer Rotationsachse (6) und einer Drehachse (12). Die periphere Fläche des Rotationskörpers (4) setzt sich zusammen aus einem den Grundkreiszylinderabschnitt (2) erzeugenden Flächenabschnitt (5a), die den Grundkreiszylinderabschnitt (2) bei entsprechender Lage des Rotationskörpers in einer Berührungskurve berührt, und einem seitlichen Flächenabschnitt (5b), der die Gestalt eines Kegelstumpfmantels besitzt. Der Nocken treibt eine Rolle (20) mit einer Rotationsachse (21) und einer nockenberührenden peripheren Rollenfläche, die sich aus einem konvexen Abschnitt (28) und einem kegelstumpfförmigen Abschnitt (27) zusammensetzt.

Fig. 11a zeigt einen dreidimensionalen Nocken mit einem Erhebungsabschnitt (1) und einem Grundkreiszylinderabschnitt (2) und einer Rotationsachse (3). Der dreidimensionale Nocken wird auf seiner ganzen Länge berührt von der peripheren Fläche eines Rotationskörpers (4) mit einer Rotationsachse (6). Der Rotationskörper (4) weist drei Rotationskörperteile (4a), (4a*) und (76) auf. Die periphere Fläche des Rotationskörpers ist unterteilt in drei Flächenabschnitte (5a), (5a *) und (65).

Fig. 11b zeigt eine Abwicklung des Grundkreiszylinders, dessen Grundkreiszylinderabschnitt (2) in Fig.11a dargestellt ist. Die Abwicklung des gesamten Grundkreiszylinders ist aufgeteilt in eine Abwicklung (64) des Grundkreiszylinderabschnitts (2) und einen auf der Grundkreiszylinderabwicklung dargestellten Erhebungsabschnitt (63). Der Erhebungsabschnitt (63) geht an Begrenzungskurven (66) und (67) in den Grundkreiszylinder über. Die Begrenzungskurven (66) und (67) sind unsymmetrisch zu jeder Mantellinie des Grundkreiszylinders angeordnet.

Fig 12a zeigt einen dreidimensionalen Nocken mit einem Erhebungsabschnitt (1) und einem Grundkreiszylinderabschnitt (2) und einer Rotationsachse (3) sowie einen Rotationskörperteil (4a) mit einer Rotationsachse (6) und mit einem den

Grundkreiszylinderabschnitt (2) erzeugenden peripheren Flächenabschnitt (5a) sowie mit Stirnflächen (70) und (71). Der Rotationskörperteil (4a) berührt den Grundkreiszylinderabschnitt (2) des dreidimensionalen Nockens auf der gesamten axialen Nockenlänge mit dem den Grundkreiszylinderabschnitt erzeugenden peripheren Flächenabschnitt (5a). Die Rotationsachse (6) des Rotationskörperteils (4a) bildet in der gewählten Ansicht mit der Rotationsachse (3) des dreidimensionalen Nockens einen Winkel gamma (72). Der Winkel gamma (72) ist die Projektion des ersten Kreuzungswinkels (7) der Rotationsachse (3) des dreidimensionalen Nockens und der Rotationsachse (6) des Rotationskörperteils (4a) in die Zeichnungsebene der gewählten Ansicht.

Fig. 12b zeigt eine Draufsicht auf Fig. 12a. Der dreidimensionale Nocken rotiert um die Rotationsachse (3). über ihm sieht man den Rotationskörperteil (4a) mit der Rotationsachse (6) und mit dem den Grundkreiszylinderabschnitt (2) erzeugenden peripheren Flächenabschnitt (5a) sowie mit den Stirnflächen (70) und (71). Die Rotationsachse (6) des Rotationskörperteils (4a) kreuzt die Rotationsachse (3) des Nockens in einem Winkel beta (73). Der Winkel beta (73) ist die Projektion des ersten Kreuzungswinkels (7) der Rotationsachse (3) des dreidimensionalen Nockens und der Rotationsachse (6) des Rotationskörperteils (4a) in die Zeichnungsebene der gewählten Ansicht.

Fig 13a zeigt einen dreidimensionalen Nocken mit einem Erhebungsabschnitt (1) und einem Grundkreiszylinderabschnitt (2) und einer Rotationsachse (3) sowie einen Rotationskörperteil (4a*) mit einer Rotationsachse (6) und mit einem den Grundkreiszylinderabschnitt (2) erzeugenden peripheren Flächenabschnitt (5a*) sowie mit Stirnflächen (74) und (75). Der Rotationskörperteil (4a*) berührt den Grundkreiszylinderabschnitt (2) des dreidimensionalen Nockens auf seiner gesamten Nockenlänge mit dem den Grundkreiszylinderabschnitt (2) erzeugenden peripheren Flächenabschnitt (5a*). Die Rotationsachse (6) des Rotationskörperteils (4a*) bildet in der gewählten Ansicht mit der Rotationsachse (3) des dreidimensionalen Nockens einen Winkel delta (77). Der Winkel delta (77) ist die Projektion des zweiten Kreuzungswinkels (8) der Rotationsachse (3) des dreidimensionalen Nockens und der Rotationsachse (6) des Rotationskörperteils (4a*) in die Zeichnungsebene der gewählten Ansicht.

Fig. 13b zeigt eine Draufsicht auf Fig. 13a. Der dreidimensionale Nocken rotiert um die Rotationsachse (3). über ihm sieht man den Rotationskörper (4a*) mit der Rotationsachse (6) und mit der den Grundkreiszylinderabschnitt (2) erzeugenden peripheren Fläche (5a*) sowie mit den Stirnflächen (74) und (75). Die Rotationsachse (6) des Rotationskörpers (4a*) kreuzt die Rotationsachse (3) des Nockens in einem Winkel epsilon (78). Der Winkel epsilon (78) ist die Projektion des zweiten Kreuzungswinkels (8) der Rotationsachse (3) des dreidimensionalen Nockens und der Rotationsachse (6) des Rotationskörpers (4a*) in die Zeichnungsebene der gewählten Ansicht.

Fig. 14 zeigt eine Einrichtung zur Herstellung eines dreidimensionalen Nockens mit einem Erhebungsabschnitt (1) und einem Grundkreisabschnitt (2) und einer Rotationsachse (3) sowie einer Drehachse (55), die in Lagern (56) drehbar und in vertikaler Richtung längsverschiebbar und zusätzlich in einer Verschiebungseinrichtung (69) horizontal verschiebbar ist. Der Nocken wird auf seiner gesamten Länge berührt von zusammenhängenden, den Grundkreiszylinderabschnitt (2) erzeugenden Flächenabschnitten (5a) und (5a*) einer peripheren Fläche eines Rotationskörpers (4) mit einer Rotationsachse (6) und einer ortsfesten Drehachse (68).

Fig. 15 zeigt eine Einrichtung zur Herstellung eines dreidimensionalen Nockens mit einem Erhebungsabschnitt (1) und einem Grundkreisabschnitt (2) und einer Rotationsachse (3) sowie einer Drehachse (55), die in Lagern (56) drehbar ist. Der Nocken wird auf seiner gesamten Länge berührt von einem den Grundkreiszylinderabschnitt (2) erzeugenden Flächenabschnitt (5a) eines Rotationskörperteils (4a) und einem verbindenden peripheren Flächenabschnitt (65) eines verbindenden zylindrischen oder kegelstumpfförmigen Rotationskörperteils (76) und einem den Grundkreiszylinderabschnitt (2) erzeugenden Flächenabschnitt (5a*) eines Rotationskörperteils (4a*) eines Rotationskörpers (4) mit einer Rotationsachse (6) und einer weiteren Drehachse (62). Der Rotationskörper kann zusätzlich in vertikaler Richtung (61) und horizontaler Richtung (60) bewegt werden. Die axiale Länge der Rotationskörperteile (4a, 76, 4a*) ist mindestens so groß, daß die den Grundkreiszylinderabschnitt erzeugenden peripheren Flächen (5a, 5a*) den

Grundkreis und Bereiche des Erhebungsabschnitts (1) erzeugen können und der verbindende periphere Flächenabschnitt (65) Bereiche des Erhebungsabschnitts (1) erzeugen kann. Die peripheren Flächenabschnitte (5a, 65, 5a*) gehen tangential ineinander über.

Das Verfahren zur Herstellung eines erfindungsgemäßen dreidimensionalen Nockens läuft in zwei Schritten ab:

1. Herstellung eines Rotationskörpers, der als formgebendes, vorzugsweise rotierendes Werkzeug zur Herstellung des Nockens verwendet wird und

2. Herstellung des Nockens mit diesem Werkzeug.

1. Herstellung eines Rotationskörpers als Werkzeug zur Nockenherstellung

Um den Rotationskörper (4) herzustellen, läßt man einen Körper in einer Anordnung entsprechend Fig. 1a und Fig. 1b in einem Abstand (9) um eine Rotationsachse (6) über einem als Werkzeug dienenden Zylinder mit dem Durchmesser des Grundkreiszylinderabschnitts (2) des später herzustellenden Nockens und mit einer Achse entsprechend der Rotationsachse (3) des später herzustellenden Nockens rotieren, wobei der als Werkzeug dienende Zylinder ebenfalls rotieren kann. Dabei kreuzen sich die Rotationsachse des als Werkzeug dienenden Zylinders und die Rotationsachse (6) des Rotationskörpers (4) in einem konstanten ersten Kreuzungswinkel (7). Man erzeugt so eine periphere Fläche des Rotationskörpers (5), die der späteren Nockenherstellung dient. Der Rotationskörper (4) soll dabei mindestens so lang wie der dreidimensionale Nocken sein, damit bei der Nockenherstellung bei einer Drehung des Rotationskörpers (4) vom ersten Kreuzungswinkel (7) bis zum zweiten Kreuzungswinkel (8) beim Durchgang durch den Winkel Null die gesamte axiale Nockenlänge (11) hergestellt wird. Dazu muß der als Werkzeug dienende Zylinder länger als der Grundkreiszylinder des zu fertigenden dreidimensionalen Nockens sein. Es ist z. B. auch möglich, mit einem als Werkzeug dienenden Zylinder einer Länge gleich der Nockenlänge (11) einen den Grundkreiszylinderabschnitt (2) erzeugenden peripheren Flächenabschnitt (5a) am Rotationskörper zu erzeugen und die weiteren peripheren Flächenabschnitte (5b, 5c) durch an den als Werkzeug dienenden Zylinder anschließende Körper zu erzeugen.

Weiterhin ist es möglich, einen den Grundkreiszylinderabschnitt (2) erzeugenden peripheren Flächenabschnitt (5a) oder die gesamte periphere Fläche (5) des Rotationskörpers nach berechneten Maßen zu erzeugen. Für eine Anordnung nach Fig. 1 a und Fig. 1 b mit einem zweiten Kreuzungswinkel (8) gleich dem negativen ersten Kreuzungswinkel (7) ergeben sich die Radien des Rotationskörpers (4) über der Rotationskörperlänge (13) aus folgenden Gleichungen:

L= Vr ^% -x ^v ( 1- ( 7- A/x) COS ¹ U)ZSmOC R= (A -x) V 1 HrVx ² - 1) COs ² Oc ^'

z = L ^* cos α + ( L*sin α - Wurzel(r ² -x ² ) ) ^* tan α

In diesen Gleichungen bedeuten:

A Abstand (9) zwischen der Rotationsachse (3) des dreidimensionalen Nockens bzw. der Rotationsachse des als Werkzeug dienenden Zylinders und der Rotationsachse (6) des Rotationskörpers (4) α Erster Kreuzungswinkel (7) zwischen der Rotationsachse (3) des dreidimensionalen Nockens bzw. der Rotationsachse des als Werkzeug dienenden Zylinders und der Rotationsachse (6) des Rotationskörpers (4)

L Längenkoordinate des Rotationskörpers (4) auf der Rotationsachse (6). Der Ursprung L=O befindet sich auf der halben Länge (13) des Rotationskörpers (4).

R Radius des Rotationskörpers (4) für die Längenkoordinate L , senkrecht zu L. r Radius des Grundkreiszylinderabschnitts (2) des dreidimensionalen Nockens x Koordinate des Berührungspunktes von dem Grundkreiszylinderabschnitt (2) des dreidimensionalen Nockens und dem peripheren Flächenabschnitt (5a) des Rotationskörpers (4) in Richtung des Abstandes (9), Fig. 1a, 1b. Der Ursprung x = 0 liegt auf der Rotationsachse (3) des Nockens. z Koordinate des Berührungspunktes von dem Grundkreiszylinderabschnitt (2) des dreidimensionalen Nockens und dem peripheren Flächenabschnitt (5a) des Rotationskörpers (4) in Richtung der Rotationsachse (3) des Nockens. Der Ursprung z = 0 liegt auf der halben Nockenlänge (11). b Nockenlänge (11) in Richtung der Rotationsachse (3) des Nockens

Rechengang: Wähle X _n < r, berechne R _n , L _n und z _n .

Wenn b/2 > Z _n , sind R _n und L _n ein gültiges Wertepaar zur Darstellung des

Rotationskörpers.

Mit einem auf die oben beschriebene Weise hergestellten Rotationskörper als Werkzeug läßt sich ein Nockenerhebungsabschnitt (1) erzeugen, dessen Begrenzungskurven (66) und (67) wegen der Drehung des Rotationskörpers (4) vom ersten Kreuzungswinkel (7) zum zweiten, gleich großen, aber negativen Kreuzungswinkel (8) bei der Nockenherstellung symmetrisch zu einer Mantellinie des Grundkreiszylinderabschnitts (2) verlaufen. Für den Ventiltrieb einer Brennkraftmaschine ergibt sich dadurch bei Längsverschiebung des Nockens eine symmetrische Verschiebung der Steuerzeiten. Unsymmetrische Verschiebungen der Steuerzeiten für den Ventiltrieb einer Brennkraftmaschine lassen sich mit einem nach obigem Verfahren hergestellten dreidimensionalen Nocken dadurch erzeugen, daß in an sich bekannter Weise dem in einem konstanten übersetzungsverhältnis zur Hauptwelle der Brennkraftmaschine rotierenden Nocken bei seiner Längsverschiebung eine zusätzliche Drehbewegung um die Nockenrotationsachse überlagert wird.

Unsymmetrische Verschiebungen der Steuerzeiten für eine Brennkraftmaschine lassen sich vorteilhaft auch durch ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Herstellung eines Rotationskörpers und eines dreidimensionalen Nockens erzeugen: Ein entsprechender Rotationskörper (4) enthält zwei Rotationskörperteile (4a, 4a*) mit peripheren Flächen (5a, 5a*) und mit einer gemeinsamen Rotationsachse (6); die gemeinsame Rotationsachse (6) ist bei Berührung der peripheren Flächen (5a, 5a*) mit dem Grundkreiszylinderabschnitt (2) des Nockens zur Rotationsachse (3) des Nockens verschieden geneigt.

Um einen entsprechenden Rotationskörper (4) herzustellen, läßt man einen ersten Rotationskörperteil (4a) in einer Anordnung entsprechend Fig. 12a und Fig. 12b um eine Rotationsachse (6) über einem als Werkzeug dienenden Zylinder mit dem Durchmesser des Grundkreiszylinderabschnitts (2) des später herzustellenden Nockens und mit einer Achse entsprechend der Rotationsachse (3) des später herzustellenden Nockens rotieren, wobei der als Werkzeug dienende Zylinder ebenfalls rotieren kann. Dabei kreuzen sich die Rotationsachse des als Werkzeug

dienenden Zylinders (3) und die Rotationsachse (6) des ersten Rotationskörperteils (4a) in einem konstanten ersten Kreuzungswinkel (7), der in der in Fig. 12a gezeigten Ansicht als Winkel gamma (72) und in der in der Fig.12b gezeigten Draufsicht als Winkel beta (73) erscheint. Man erzeugt so eine periphere Fläche (5a) des ersten Rotationskörperteils (4a), die der späteren Nockenherstellung dient. Zusätzlich stellt man nach Fig. 13a und 13b einen zweiten Rotationskörperteil (4a*) her, indem man einen Körper in einer Anordnung entsprechend Fig. 13a und Fig. 13b um eine Rotationsachse (6) über einem als Werkzeug dienenden Zylinder mit dem Durchmesser des Grundkreiszylinderabschnitts (2) des später herzustellenden Nockens und mit einer Achse entsprechend der Rotationsachse (3) des später herzustellenden Nockens rotieren läßt, wobei der als Werkzeug dienende Zylinder ebenfalls rotieren kann. Dabei kreuzen sich die Rotationsachse des als Werkzeug dienenden Zylinders (3) und die Rotationsachse (6) des zweiten Rotationskörperteils (4a*) in einem konstanten zweiten Kreuzungswinkel (8), der in der in Fig. 13a gezeigten Ansicht als Winkel delta (77) und der in der in der Fig.13b gezeigten Draufsicht als Winkel epsilon (78) erscheint. Man erzeugt so eine periphere Fläche (5a*) des zweiten Rotationskörperteils (4a*), die der späteren Nockenherstellung dient.

Fügt man die Rotationskörperteile (4a, 4a*) der Fig. 12a und 13a so zusammen, daß ihre kleinen Stirnseiten (71 , 74) sich decken, so erhält man einen Rotationskörper (4), mit dem es erfindungsgemäß möglich ist, einen dreidimensionalen Nocken herzustellen, mit dem sich unsymmetrische Verschiebungen der Steuerzeiten für eine Brennkraftmaschine realisieren lassen. Dazu müssen die kleinen Stirnseiten (71 , 74) der Rotationskörperteile (4a, 4a*) den gleichen Durchmesser aufweisen und die peripheren Flächen (5a, 5a*) der Rotationskörperteile (4a, 4a*) ohne Knick ineinander übergehen, d. h. , dass die in einer Ebene durch die Rotationsachse (6) liegende Tangente an die periphere Fläche (5a) durch den Außenumfang der kleinen Stirnseite (71) des ersten Rotationskörperteiles (4a) in Fig. 12a und die in einer Ebene durch die Rotationsachse (6) liegende Tangente an die periphere Fläche (5a*) durch den Außenumfang der kleinen Stirnseite (74) des zweiten Rotationskörperteiles (4a*) in Fig. 13a die gleiche Richtung aufweisen. Die Tangente kann z. B. parallel zur Rotationsachse (6) verlaufen.

Die Herstellung eines Rotationskörpers (4) mit den den Grundkreiszylinderabschnitt (2) erzeugenden peripheren Flächen (5a, 5a*) kann vorteilhaft auch aus einem Stück anhand einer Berechnung der Form der peripheren Flächen (5a, 5a*) erfolgen.

Aus fertigungstechnischen Gründen kann es zweckmäßig sein, den ersten und den zweiten Rotationskörperteil (4a, 4a*) der Figuren 12a und 13a nicht direkt zusammenzufügen, sondern die Rotationskörperteile über einen verbindenden peripheren Flächenabschnitt (65) eines verbindenden Rotationskörperteiles (76) miteinander zu verbinden. Fig. 11a zeigt dementsprechend einen Rotationskörper (4), der drei periphere Flächenabschnitte (5a, 65, 5a*) aufweist. An den übergängen von dem peripheren Flächenabschnitt (5a) des ersten Rotationskörperteiles (4a) zum verbindenden peripheren Flächenabschnitt (65) haben beide Flächenabschnitte eine gemeinsame Tangente. An den übergängen von dem verbindenden peripheren Flächenabschnitt (65) zum peripheren Flächenabschnitt (5a*) des zweiten Rotationskörperteiles (4a*) haben diese beiden Flächenabschnitte ebenfalls eine gemeinsame Tangente. Der verbindende Rotationskörperteil (76) kann einstückig mit dem ersten und/oder zweiten Rotationskörperteil (4a, 4a*) ausgeführt sein. Der periphere Flächenabschnitt (5a) des ersten Rotationskörperteils (4a) ist gemäß dem anhand der Figuren 12a und 12b erläuterten Verfahren so hergestellt, daß er bei geeigneter Lage der Rotationsachse (6) des Rotationskörpers (4) einen Grundkreiszylinderabschnitt (2) erzeugen kann und dabei den Grundkreiszylinderabschnitt (2) in einer Berührungskurve (10) berührt, die sich bei beginnender Nockenerhebung als Begrenzungskurve (66) zwischen Grundkreiszylinderabschnitt (2) und Erhebungsabschnitt (1) darstellt, wie sie in der Abwicklung des Grundkreiszylinders in Fig. 11b dargestellt ist. Der periphere Flächenabschnitt (5a*) des zweiten Rotationskörperteils (4a*) ist gemäß dem anhand der Figuren 13a und 13b erläuterten Verfahren so hergestellt, daß er bei geeigneter Lage der Rotationsachse (6) des Rotationskörpers (4) einen Grundkreiszylinderabschnitt (2) erzeugen kann und dabei den Grundkreiszylinderabschnitt (2) in einer Berührungskurve (10) berührt, die sich bei endender Nockenerhebung als Begrenzungskurve (67) zwischen Grundkreiszylinderabschnitt (2) und Erhebungsabschnitt (1) darstellt, wie sie in der Abwicklung des Grundkreiszylinders in Fig. 11 b dargestellt ist.

Die Begrenzungskurven des Erhebungsabschnitts (66) und (67) sind nicht symmetrisch zu einer Grundkreiszylinderabschnitt-Mantellinie. Mit einem Rotationskörper (4) nach Fig. 11a mit oder ohne verbindendem Rotationskörperteil (76) läßt sich ein dreidimensionaler Nocken erzeugen, der z. B. über Zwischenglieder das Einlaßventil einer Hubkolben-Brennkraftmaschine so antreibt, daß der Verstellbereich des Ventilschließwinkels nach dem unteren Totpunkt größer ist als der Verstellbereich des Ventilöffnungswinkels vor dem oberen Totpunkt.

Es ist auch möglich, zur Herstellung eines Nockens, der unsymmetrische Verschiebungen der Steuerzeiten für eine Brennkraftmaschine ermöglicht, einen Rotationskörper zu erzeugen, der einen den Grundkreiszylinderabschnitt (2) erzeugenden peripheren Flächenabschnitt (5a) nach Fig. 1a und 1b und einen weiteren den Grundkreiszylinderabschnitt (2) erzeugenden peripheren Flächenabschnitt (5a) nach Fig. 2a und 2b aufweist, wobei der Abstand (9) in Fig. 2a nicht mit dem Abstand (9) in Fig. 1a maßlich übereinstimmt und der zweite Kreuzungswinkel (8) in Fig. 2b nicht gleich dem negativen ersten Kreuzungswinkel (7) in Fig. 1b ist, derart, daß die beiden grundkreiserzeugenden Flächenabschnitte (5a) mit gleichem Durchmesser aneiandergrenzen. Ein Nachteil dieser Anordnung ist ein Knick an der Verbindungsstelle der beiden grundkreiserzeugenden peripheren Flächen (5a). Wird dieser Nachteil durch Zwischenschalten einer peripheren Verbindungsfläche mit tangentialen übergängen zu den grundkreiserzeugenden peripheren Flächen (5a) vermieden, können die grundkreiserzeugenden Flächenabschnitte (5a) auch unterschiedliche Durchmesser an den Grenzen zu der peripheren Verbindungsfläche aufweisen.

Es ist ferner möglich, zur Herstellung eines Nockens, der Verschiebungen der Steuerzeiten für eine Brennkraftmaschine nur am Anfang oder nur am Ende des Ventilhubs ermöglicht, einen Rotationskörper (4) zu erzeugen, der einen den Grundkreiszylinderabschnitt (2) erzeugenden peripheren Flächenabschnitt (5a) und einen weiteren peripheren Flächenabschnitt (5b) aufweist, wobei der weitere periphere Flächenabschnitt (5b) zylindrisch oder kegelstumpfförmig ausgebildet ist. Ein Teil des Grundkreiszylinderabschnitts (2) und der erste übergang vom Grundkreiszylinderabschnitt (2) zum Erhebungsabschnitt (1) wird dann mit dem den

Grundkreiszylinderabschnitt (2) erzeugenden peripheren Flächenabschnitt (5a) erzeugt. Der Rotationskörper (4) führt bei seiner Bewegung zur Erzeugung des Erhebungsabschnitts (1) u. a. eine Drehung um eine Achse (12) mit einem Kreuzungswinkel (7) aus und wird ferner so bewegt, daß der übergang vom Erhebungsabschnitt (1) zum Grundkreiszylinderabschnitt (2) und ein Teil des Grundkreiszylinderabschnitts (2) mit dem weiteren peripheren Flächenabschnitt (5b) erzeugt wird.

Der Erhebungsabschnitt (1) eines dreidimensionalen Nockens wird nach dem vorgeschlagenen Verfahren durch räumliches Führen eines Rotationskörpers (4) derart hergestellt, daß seine periphere Fläche (5) stets die gesamte axiale Länge des Grundkreisabschnitts (2) bzw. die gesamte axiale Länge des Erhebungsabschnitts (1) berührt. Dabei kann der Rotationskörper rotieren. Für besondere Anforderungen an den Erhebungsabschnitt kann der Rotationskörper in geeigneter Weise ergänzt werden. So zeigt Fig. 7 einen Rotationskörper (4), dessen peripherer Flächenabschnitt (5a) mit der Teillänge (13a) der Herstellung des Grundkreiszylinderabschnitts (2) dient und dessen peripherer Flächenabschnitt (5b) der Herstellung bestimmter Teile des Erhebungsabschnittes (1) dient. Ist der periphere Flächenabschnitt (5b) des Rotationskörpers (4) kegelstumpfmantelförmig oder zylindermantelförmig ausgebildet, so lassen sich Teile eines Erhebungsabschnittes (1) herstellen, die eine Linienberührung eines Nockenfolgers ermöglichen.

Die angegebenen Verfahren zur Herstellung eines Rotationskörpers lassen sich in geeigneterweise kombinieren. So zeigt Fig. 15 einen Rotationskörper (4), der aus Rotationskörperteilen (4a, 76, 4a*) mit peripheren Flächenabschnitten (5a, 65, 55a*) besteht. Der den Grundkreiszylinderabschnitt (2) erzeugende periphere Flächenabschnitt (5a) des Rotationskörperteils (4a) ist nach einer Konfiguration gemäß Fig. 12a und 12b hergestellt oder berechnet. Der den Grundkreiszylinderabschnitt (2) erzeugende periphere Flächenabschnitt (5a*) des Rotationskörperteils (4a*) ist nach einer Konfiguration gemäß Fig. 13a und 13b hergestellt oder berechnet. Der verbindende Rotationskörperteil (76) mit dem verbindenden peripheren Flächenabschnitt (65) ist ein Zylinder oder ein Kegelstumpf. Die peripheren Flächenabschnitte (5a, 65, 5a*) gehen tangential ineinander über. Die

den Grundkreiszylinderabschnitt (2) erzeugenden peripheren Fiächenabschnitte (5a, 5a*) weisen eine axiale Länge auf, die außer der Erzeugung des Grundkreiszylinderabschnitts (2) auch die Erzeugung eines Teils des Erhebungsabschnitts (1) ermöglicht. Der verbindende periphere Flächenabschnitt (65) weist eine axiale Länge auf, die mindestens gleich der axialen Länge des dreidimensionalen Nockens ist.

Mit einem Rotationskörper (4) nach Fig. 15 läßt sich ein dreidimensionaler Nocken erzeugen, der unsymmetrische Verschiebungen der Steuerzeiten für eine Brennkraftmaschine ermöglicht und der eine Rolle (20) mit einem konvexen peripheren Abschnitt (28) und einem kegelstumpfförmigen peripheren Abschnitt (27) antreibt, derart, dass der kegelstumpfförmige periphere Abschnitt (27) der Rolle (20) den Erhebungsabschnitt (1) des Nockens in weiten Bereichen, insbesondere in Bereichen hoher Kontaktkraft zwischen Nocken und Rolle (20), in einer Linie berührt.

2. Herstellung eines dreidimensionalen Nockens mit einem als Werkzeug dienenden Rotationskörper.

Zur Herstellung eines dreidimensionalen Nockens wird erfindungsgemäß wie folgt verfahren:

Während ein vorgeformter übermaßnocken um seine Rotationsachse dreht, wird die Rotationsachse (6) eines als Werkzeug eingesetzten Rotationskörpers (4) derart räumlich geführt, daß der Rotationskörper (4) mit seiner peripheren Fläche (5) den Grundkreiszylinderabschnitt (2) des Nockens und den Erhebungsabschnitt (1) des Nockens erzeugt und dabei den Nocken stets auf ganzer Länge berührt. Die Relativbewegung zwischen Nocken und Rotationskörper kann dabei in unterschiedlicher Weise erzeugt werden. So kann z. B. die Rotationsachse (3) des Nockens ortsfest sein und nur die Rotationsachse (6) des Rotationskörpers (4) räumlich geführt sein oder umgekehrt. Die Relativbewegung zwischen der Rotationsachse des Nockens (3) und der Rotationsachse (6) des Rotationskörpers (4) kann aber auch dadurch erzeugt werden, daß sowohl die Rotationsachse des Nockens (3) als auch die Rotationsachse (6) des Rotationskörpers (4) räumliche Bewegungen ausführen.

Das Verfahren sei an einigen Beispielen erläutert.

Fig. 3 zeigt einen dreidimensionalen Nocken mit einem Erhebungsabschnitt (1) und einem Grundkreiszylinderabschnitt (2) und einer Rotationsachse (3). Die Rotationsachse des dreidimensionalen Nockens (3) sei in ortsfesten Lagern gelagert. Ein Rotationskörper (4) rotiert um eine Rotationsachse (6), dreht sich um eine Drehachse (12) und bewegt sich in einer Hubrichtung (31) und erzeugt dabei mit seiner peripheren Fläche (5) den dreidimensionalen Nocken. Zur Erzeugung des Grundkreiszylinderabschnitts (2) kreuzt die Rotationsachse (6) des Rotationskörpers (4) die Rotationsachse (3) des dreidimensionalen Nockens mit einem ersten Kreuzungswinkel (7) in einem Abstand (9), Fig. 1a und 1b, während der Nocken sich um seine Rotationsachse (3) dreht. Dabei erzeugt ein peripherer Flächenabschnitt (5a) des Rotationskörpers (4) den Grundkreiszylinderabschnitt (2). Nach der Nockendrehung zur Erzeugung des Grundkreiszylinderabschnitts (2) erfolgt unter weiterer Nockendrehung die Erzeugung des Erhebungsabschnitts (1), wozu der Abstand (9) zwischen der Rotationsachse (3) und der Rotationsachse (6) durch Bewegung der Rotationsachse (6) in Hubrichtung (31 ) vergrößert und gleichzeitig der Rotationskörper (4) um die Drehachse (12) gedreht wird. Während der Nockendrehung zur Erzeugung des Erhebungsabschnitts (1) erfolgt eine Hubbewegung des Rotationskörpers (4) in Hubrichtung (31) von einem Nullhub bis zu einem Maximalhub und wieder zurück zum Nullhub sowie eine Drehung des Rotationskörpers (4) um die Drehachse (12) von dem ersten Kreuzungswinkel (7) über den Kreuzungswinkel Null zu einem zweiten Kreuzungswinkel (8), wobei der zweite Kreuzungswinkel (8) gleich dem negativen ersten Kreuzungswinkel (7) ist. Bei Erreichen des Nullhubes setzt die periphere Fläche (5a) des Rotationskörpers (4) mit dem zweiten Kreuzungswinkel (8) auf dem Grundkreiszylinderabschnitt (2) auf. Während der Nocken weiterdreht, erzeugt die periphere Fläche (5a) nun mit dem zweiten Kreu∑ungswinkel (8) eine Teilfläche des Grundkreiszylinderabschnitts (2). Sobald ein Bereich des Grundkreiszylinderabschnitts (2) erreicht ist, der bereits mit dem ersten Kreuzungswinkel (7) hergestellt wurde, wird der als Werkzeug eingesetzte Rotationskörper (4) abgehoben. Auf diese Weise wird ein dreidimensionaler Nocken unter Einsatz der peripheren Fläche (5a) zur Erzeugung des Grundkreiszylinderabschnittes (2) und unter Einsatz der peripheren Flächen (5a), (5b) und (5c) zur Erzeugung des Erhebungsabschnittes (1) hergestellt. Dabei kann die periphere Fläche (5a) auf weiter oben beschriebene Weise mittels eines

Grundkreiszylinders als Werkzeug oder aufgrund berechneter Koordinaten hergestellt sein. Die änderung der Lage des Rotationskörpers (4) in Hubrichtung (31) und in Drehrichtung um die Drehachse (12) während der Nockendrehung um die Rotationsachse (3) zur Erzeugung des Erhebungsabschnittes (1) wird zweckmäßigerweise so gewählt, daß sich eine gewünschte Gestalt des Erhebungsabschnittes (1) des Nockens ergibt. Damit der Erhebungsabschnitt (1) auf seiner gesamten axialen Länge (11) erzeugt wird, muß die gesamte axiale Länge (13) des Rotationskörpers (4) mindestens so groß sein wie die axiale Länge (13) des dreidimensionalen Nockens.

Fig. 6 zeigt einen dreidimensionalen Nocken mit einem Erhebungsabschnitt (1) und einem Grundkreiszylinderabschnitt (2) und einer Rotationsachse (3). Die Rotationsachse des dreidimensionalen Nockens (3) sei in ortsfesten Lagern gelagert. Ein Rotationskörper (4) rotiert um eine Rotationsachse (6), dreht sich um eine Drehachse (12) und um eine weitere Achse (62) und bewegt sich in Hubrichtung (61). Der Rotationskörper (4) erzeugt dabei mit seiner peripheren Fläche (5), die aus drei Abschnitten (5a), (5b) und (5c) zusammengesetzt ist, den dreidimensionalen Nocken. Zur Erzeugung des Grundkreiszylinderabschnitts (2) kreuzt die Rotationsachse (6) des Rotationskörpers (4) die Rotationsachse (3) des dreidimensionalen Nockens mit einem ersten Kreuzungswinkel (7) in einem Abstand (9), Fig. 1a und 1b, während der Nocken sich um seine Rotationsachse (3) dreht. Dabei erzeugt eine periphere Fläche (5a) des Rotationskörpers (4) den Grundkreiszylinderabschnitt (2). Nach der Nockendrehung um die Rotationsachse (3) zur Grundkreiszylinderabschnitterzeugung erfolgt unter weiterer Nockendrehung um die Rotationsachse (3) die Erzeugung des Erhebungsabschnitts (1), wozu der Rotationskörper (4) in Hubrichtung (61) bewegt und um die Drehachse (12) und um die Drehachse (62) gedreht wird. Gleichzeitig kann der Rotationskörper um seine Rotationsachse (6) rotieren.

Während der Nockendrehung zur Erzeugung des Erhebungsabschnitts (1) erfolgt eine Hubbewegung des Rotationskörpers (4) in Hubrichtung (61) von einem Nullhub bis zu einem Maximalhub und wieder zurück zum Nullhub sowie eine Drehung des Rotationskörpers (4) um die Drehachse (12) von dem ersten Kreuzungswinkel (7) über den Kreuzungswinkel Null zu einem zweiten Kreuzungswinkel (8), der negativ gleich dem ersten Kreuzungswinkel (7) ist, sowie eine Drehung des Rotationskörpers

(4) um die Drehachse (62) von einem Ausgangswinkel beim Verlassen des Grundkreiszylinderabschnitts (2) bis zu einem zu wählenden Winkel und wieder zurück zum Ausgangswinkel. Bei Erreichen des Nullhubes setzt die periphere Fläche (5a) des Rotationskörpers (4) mit dem zweiten Kreuzungswinkel (8) auf dem Grundkreiszylinderabschnitt (2) auf. Während der Nocken um die Rotationsachse (3) weiterdreht, erzeugt die periphere Fläche (5a) nun mit dem zweiten Kreuzungswinkel (8) eine Teilfläche des Grundkreiszylinderabschnitts (2). Sobald ein Bereich des Grundkreiszylinderabschnitts (2) erreicht ist, der bereits mit dem ersten Kreuzungswinkel (7) hergestellt wurde, wird der als Werkzeug eingesetzte Rotationskörper (4) abgehoben. Der Rotationskörper (4) hat sich während der Erzeugung des Erhebungsabschnitts (1) um einen Winkel von der Größe des zweifachen Betrages des ersten Kreuzungswinkels (7) um seine Drehachse (12) gedreht

Auf diese Weise wird ein dreidimensionaler Nocken unter Einsatz der peripheren Fläche (5a) zur Erzeugung des Grundkreisabschnittes (2) und unter Einsatz der peripheren Flächen (5a), (5b) und (5c) zur Erzeugung des Erhebungsabschnittes (1 ) hergestellt. Dabei kann die periphere Fläche (5a) auf weiter oben beschriebene Weise mittels eines Grundkreiszylinders als Werkzeug oder aufgrund berechneter Koordinaten hergestellt sein. Die änderung der Lage des Rotationskörpers in Hubrichtung (61) und in Drehrichtung um die Drehachsen (12) und (62) während der Nockendrehung um dessen Rotationsachse (3) zur Erzeugung des Erhebungsabschnittes (1) wird zweckmäßigerweise so gewählt, daß sich eine gewünschte Gestalt des Erhebungsabschnittes (1) ergibt. Die weitere Drehachse (62) beeinflußt den Verlauf der Höhe der Nockenerhebung über der Länge der Rotationsachse (3) des dreidimensionalen Nockens.

Fig. 4 zeigt beispielhaft eine weitere Einrichtung zur Herstellung eines dreidimensionalen Nockens mit einem Erhebungsabschnitt (1) und einem Grundkreiszylinderabschnitt (2) und einer Rotationsachse (3). Ein Rotationskörper (4) mit einer peripheren Fläche (5) und einer Rotationsachse (6) ist in Lagern (47) rotierbar, um eine Drehachse (12) drehbar und um eine weitere nockenerhebungerzeugende, verschiebbare Drehachse (41 ) drehbar. Um die nockenerhebungerzeugende Drehachse (41 ) relativ zum Rotationskörper (4) verschiebbar zu gestalten, sind zwei Verschiebungseinrichtungen (43) und (44)

vorgesehen. Die periphere Fläche (5) des Rotationskörpers (4) ist in diesem Beispiel nicht unterteilt, sondern vollständig unter Verwendung der oben angegebenen mathematischen Beziehungen oder unter Einsatz eines verlängerten Grundkreiszylinders als Werkzeug hergestellt.

Zur Erzeugung des Grundkreiszylinderabschnitts (2) kreuzt die Rotationsachse (6) des Rotationskörpers (4) die Rotationsachse (3) des dreidimensionalen Nockens mit einem ersten Kreuzungswinkel (7) in einem Abstand (9), Fig. 1a und 1b, während der Nocken sich um seine Rotationsachse (3) dreht. Dabei erzeugt ein Abschnitt der peripheren Fläche (5) des Rotationskörpers (4) den Grundkreiszylinderabschnitt (2). Nach der Nockendrehung um seine Rotationsachse (3) zur Erzeugung des Grundkreiszylinderabschnitts (2) erfolgt unter weiterer Nockendrehung um die Rotationsachse (3) die Erzeugung des Erhebungsabschnitts (1), wozu der Rotationskörper (4) um die Drehachse (41) und um die Drehachse (12) gedreht wird. Gleichzeitig kann der Rotationskörper um seine Rotationsachse (6) rotieren. Während der Nockendrehung um die Rotationsachse (3) des Nockens zur Erzeugung des Erhebungsabschnitts (1 ) erfolgt eine Drehung des Rotationskörpers (4) um die Drehachse (41) von einem durch Nullhub des Rotationskörpers (4) gekennzeichneten Ausgangswinkel zu einem maximalen Winkel und wieder zurück zum Ausgangswinkel sowie eine Drehung des Rotationskörpers (4) um die Drehachse (12) von dem ersten Kreuzungswinkel (7) über den Kreuzungswinkel Null zu einem zweiten Kreuzungswinkel (8), der gleich dem negativen ersten Kreuzungswinkel ist. Bei Erreichen des Nullhubes setzt die periphere Fläche (5) des Rotationskörpers (4) mit dem zweiten Kreuzungswinkel (8) auf dem Grundkreiszylinderabschnitt (2) auf. Während der Nocken um seine Rotationsachse (3) weiterdreht, erzeugt ein Abschnitt der peripheren Fläche (5) nun mit dem zweiten Kreuzungswinkel (8) eine Teilfläche des Grundkreiszylinderabschnitts (2). Sobald ein Bereich des Grundkreiszylinderabschnitts (2) erreicht ist, der bereits mit dem ersten Kreuzungswinkel (7) hergestellt wurde, wird der als Werkzeug eingesetzte Rotationskörper (4) durch Drehung um die Drehachse (41) abgehoben. Auf diese Weise wird ein dreidimensionaler Nocken unter Einsatz eines Abschnittes der peripheren Fläche (5) zur Erzeugung des Grundkreisabschnittes (2) und unter Einsatz eines größeren Abschnittes der peripheren Fläche (5) zur Erzeugung des Erhebungsabschnittes (1) hergestellt. Die änderung der Lage des Rotationskörpers durch Drehung um die Drehachse (41) und um die Drehachse (12) während der

Nockendrehung um dessen Rotationsachse (3) zur Erzeugung des Erhebungsabschnittes (1) wird zweckmäßigerweise so gewählt, daß sich eine gewünschte Gestalt des Erhebungsabschnittes (1 ) ergibt. Durch Verschiebung der Drehachse (41 ) relativ zum Rotationskörper (6) mittels der Verschiebungseinrichtungen (43) und (44) kann man den Verlauf der Höhe der Nockenerhebung über der Länge der Rotationsachse (3) des dreidimensionalen Nockens ändern.

Fig. 5 zeigt beispielhaft eine weitere Einrichtung zur Herstellung eines dreidimensionalen Nockens mit einem Erhebungsabschnitt (1) und einem Grundkreiszylinderabschnitt (2) und einer Rotationsachse (3). Der dreidimensionale Nocken ist in Lagern (58) rotierbar und in ortsfesten Lagern (56) um eine Drehachse (55) drehbar und in diesen Lagern (56) vertikal verschiebbar. Ein Rotationskörper (4) mit einer peripheren Fläche (5) und einer Rotationsachse (6) ist in Lagern (54) rotierbar und in Richtung der Achse (6) verschiebbar sowie um eine nockenerhebungerzeugende Drehachse (41 ) drehbar. Ferner ist die nockenerhebungerzeugende Drehachse (41) mittels einer Verschiebeeinrichtung (43) verschiebbar. Die periphere Fläche (5) des Rotationskörpers (4) ist in diesem Beispiel nicht unterteilt, sondern vollständig unter Einsatz eines verlängerten Grundkreiszylinders als Werkzeug entsprechend einer Anordnung nach Fig. 1 a und 1b oder einer Anordnung nach Fig. 12a und 12b hergestellt. Zur Erzeugung des Grundkreiszylinderabschnitts (2) mit einem nach Anordnung der Fig. 1 a und 1 b hergestellten Rotationskörper (4) als Werkzeug kreuzen sich die Rotationsachse (6) des Rotationskörpers (4) und die Rotationsachse (3) des dreidimensionalen Nockens mit einem ersten Kreuzungswinkel (7) in einem Abstand (9), Fig. 1a und 1b, während der Nocken sich um seine Rotationsachse (3) dreht. Dabei ist die nockenerhebungerzeugende Drehachse (41) so eingestellt, dass die Rotationsachsen (3) und (6) parallel zueinander verlaufen. Auf diese Weise erzeugt ein Abschnitt der peripheren Fläche (5) des Rotationskörpers (4) den Grundkreiszylinderabschnitt (2).

Nach der Nockendrehung um dessen Rotationsachse (3) zur Erzeugung des Grundkreiszylinderabschnitts (2) erfolgt unter weiterer Nockendrehung um die Rotationsachse (3) die Erzeugung des Erhebungsabschnitts (1). Dazu wird der dreidimensionale Nocken zusätzlich um eine Drehachse (55) von einem ersten

Kreuzungswinkel (7) über den Kreuzungswinkel Null zu einem zweiten Kreu∑ungswinkel (8) gedreht, der negativ gleich dem ersten Kreuzungswinkel (7) ist, sowie der Rotationskörper (4) um die nockenerhebungerzeugende Drehachse (41) von einem durch Nullhub des Rotationskörpers (4) gekennzeichneten Ausgangswinkel zu einem maximalen Winkel und wieder zurück zum Ausgangswinkel gedreht. Gleichzeitig kann der Rotationskörper um seine Rotationsachse (6) rotieren.

Bei Erreichen des Nullhubes des Rotationskörpers (4) bzw. des Ausgangswinkels der Drehung um die nockenerhebungerzeugende Drehachse (41 ) setzt dieser mit seiner peripheren Fläche (5) mit dem zweiten Kreuzungswinkel (8) auf dem Grundkreiszylinderabschnitt (2) des Nockens auf. Während der Nocken um die Rotationsachse (3) weiterdreht, erzeugt ein Abschnitt der peripheren Fläche (5) nun mit dem zweiten Kreuzungswinkel (8) eine Teilfläche des Grundkreiszylinderabschnitts (2). Sobald ein Bereich des Grundkreiszylinderabschnitts (2) erreicht ist, der bereits mit dem ersten Kreuzungswinkel (7) hergestellt wurde, wird der als Werkzeug eingesetzte Rotationskörper (4) durch Drehung um die Drehachse (41) abgehoben. Auf diese Weise wird ein dreidimensionaler Nocken unter Einsatz eines Abschnittes der peripheren Fläche (5) zur Erzeugung des Grundkreiszylinderabschnittes (2) und unter Einsatz eines größeren Abschnittes der peripheren Fläche (5) zur Erzeugung des Erhebungsabschnittes (1) hergestellt. Die änderung der Lage des Rotationskörpers (4) durch Drehung um die Drehachse (41) und die änderung der Lage des Nockens durch Drehung um die Drehachse (55) während der Nockendrehung um dessen Rotationsachse (3) zur Erzeugung des Erhebungsabschnittes (1) werden zweckmäßigerweise so gewählt, daß sich eine gewünschte Gestalt des Erhebungsabschnittes (1 ) ergibt. Durch Verschiebung der Drehachse (41 ) relativ zum Rotationskörper (6) mittels der Verschiebungseinrichtung (43) und durch Verschiebung des Rotationskörpers (4) in dessen Lagerung (54) kann man die Gestalt des Erhebungsabschnittes (1) des dreidimensionalen Nockens zusätzlich beeinflussen.

Wird der als Werkzeug dienende Rotationskörper (4) nach Fig. 12a mit einem Winkel gamma (72) als Projektion eines ersten Kreuzungswinkels (7) in die Zeichnungsebene der Fig. 12a und nach Fig. 12b mit einem Winkel beta (73) als Projektions des ersten Kreuzungswinkels (7) in die Zeichnungsebene der Fig.12b

hergestellt, so ist über die Drehachsen (41) und (55) und über die Verschiebungseinrichtung (43) und/oder über die Verschiebung des Rotationskörpers (4) in seiner Achslagerung (54) sowie durch vertikale Verschiebung des Nockens in der Lagerung (56) seiner Drehachse (55) der erste Kreuzungswinkel (7) zwischen der Rotationsachse (3) des Nockens und der Rotationsachse (6) des Rotationskörpers (4) bei der Erzeugung des Grundkreiszylinderabschnitts (2) des dreidimensionalen Nockens einzustellen. Während der Erzeugung des Erhebungsabschnittes (1) erfolgt eine Relativbewegung zwischen Rotationskörper (4) und Nocken derart, daß der Rotationskörper (4) nach Erzeugung des Erhebungsabschnitts (1 ) mit einem Abschnitt seiner peripheren Fläche (5) mit einem zweiten Kreuzungswinkel (8) von Rotationsachse (3) des Nockens und Rotationsachse (6) des Rotationskörpers (4) wieder auf dem Grundkreizylinderabschnitt (2) aufsetzt. Ansonsten erfolgt die Herstellung des Nockens wie vorher beschrieben.

Fig. 14 zeigt beispielhaft eine weitere Einrichtung zur Herstellung eines dreidimensionalen Nockens mit einem Erhebungsabschnitt (1) und einem Grundkreiszylinderabschnitt (2) und einer Rotationsachse (3). Der dreidimensionale Nocken ist um seine Rotationsachse (3) rotierbar und um eine Drehachse (55) in Lagern (56) drehbar und vertikal verschiebbar. Die Lager (56) sind in einer Verschiebungseinrichtung (69) horizontal verschiebbar. Ein Rotationskörper (4) mit zwei den Grundkreiszylinderabschnitt (2) erzeugenden peripheren Flächenabschnitten (5a, 5a*) ist um seine Rotationsachse (6) rotierbar und um eine Drehachse (68) drehbar. Die den Grundkreiszylinderabschnitt (2) erzeugenden peripheren Flächenabschnitte (5a, 5a*) des Rotationskörpers (4) sind in diesem Beispiel nach berechneten Maßen hergestellt. Dabei wurde dem einen den Grundkreiszylinderabschnitt (2) erzeugenden peripheren Flächenabschnitt (5a) eine Anordnung nach Fig.12a und Fig. 12b und dem zweiten den Grundkreiszylinderabschnitt (2) erzeugenden peripheren Flächenabschnitt (5a*) eine Anordnung nach Fig. 13a und Fig.13b zugrundegelegt. Jeder der beiden unterschiedlichen, den Grundkreiszylinderabschnitt (2) erzeugenden peripheren Flächenabschnitte (5a, 5a*) ist dadurch geeignet, bei entsprechender Lage des Rotationskörpers (4) einen Teil des Grundkreiszylinderabschnitts (2) des dreidimensionalen Nockens zu erzeugen.

Zur Erzeugung des Grundkreiszylinderabschnitts (2) mit einem solchen Rotationskörper (4) als Werkzeug nimmt die Rotationsachse (6) des Rotationskörpers (4) zur Rotationsachse (3) des dreidimensionalen Nockens eine Lage nach Fig. 12a und 12b ein, die durch die Größe und Lage der Winkel gamma (72) und beta (73) gekennzeichnet ist, während der Nocken sich um seine Rotationsachse (3) dreht. Dabei erzeugt der periphere Flächenabschnitt (5a) des Rotationskörpers (4) einen Teil des Grundkreiszylinderabschnitts (2) des dreidimensionalen Nockens. Nach der Nockendrehung um die Rotationsachse (3) des Nockens zur Erzeugung eines Teils des Grundkreiszylinderabschnitts (2) erfolgt unter weiterer Nockendrehung um die Rotationsachse (3) die Erzeugung des Erhebungsabschnitts (1) des Nockens. Dazu wird der dreidimensionale Nocken zusätzlich um eine Drehachse (55) von dem Winkel beta (73) über den Winkel Null zu einem Winkel epsilon (78) gedreht, durch Verschiebung der Drehachse (55) in den Lagern (46) vertikal angehoben und wieder abgesenkt sowie in der Verschiebungseinrichtung (69) horizontal verfahren. Dabei dreht sich der Rotationskörper (4) um die Drehachse (68) von einem Winkel gamma (72) am Beginn des Erhebungsabschnittes zu einem Winkel delta (77) am Ende des Erhebungsabschnittes. Gleichzeitig kann der Rotationskörper um seine Rotationsachse (6) rotieren.

Die Bewegungen des Nockens und des Rotationskörpers (4) werden so gesteuert, daß der Rotationskörper (4) nach Herstellung des Erhebungsabschnitts (1) des dreidimensionalen Nockens sich mit der zweiten peripheren Fläche (5a*) in einer den Grundkreiszylinderabschnitt (2) erzeugenden Konstellation nach Fig. 13a und 13b befindet. Während der Nocken um seine Rotationsachse (3) weiterdreht, erzeugt der periphere Flächenabschnitt (5a*) des Rotationskörpers (4) nun mit den konstant gehaltenen Positionen der Rotationsachsen (6) und (3) nach Fig. 13a und 13b eine Teilfläche des Grundkreiszylinderabschnitts (2). Sobald ein Bereich des Grundkreiszylinderabschnitts (2) erreicht ist, der bereits mit der peripheren Fläche (5a) hergestellt wurde, wird der Nocken abgesenkt, d.h. Grundkreiszylinderabschnitt (2) und Rotationskörper (4) werden außer Kontakt gebracht. Auf diese Weise wird ein dreidimensionaler Nocken unter Einsatz eines peripheren Flächenabschnitts (5a) des Rotationskörpers (4) zur Erzeugung eines Teils des Grundkreiszylinderabschnittes (2) und unter Einsatz eines zweiten peripheren Flächenabschnitts (5a*) zur Erzeugung eines weiteren restlichen Teils des Grundkreiszylinderabschnittes (2) des

Nockens sowie unter Einsatz der beiden peripheren Flächenabschnitte (5a) und (5a*) zur Erzeugung des Erhebungsabschnittes (1) des dreidimensionalen Nockens hergestellt. Die änderung der Lage des Rotationskörpers und des Nockens während der Nockendrehung zur Erzeugung des Erhebungsabschnittes (1) wird zweckmäßigerweise so gewählt, daß sich eine gewünschte Gestalt des Erhebungsabschnittes (1 ) des Nockens ergibt. Der auf die beschriebene Weise hergestellte dreidimensionale Nocken erzeugt Begrenzungskurven (66 und 67 in Fig. 11b) des Erhebungsabschnitts (1), die nicht symmetrisch zu einer Mantellinie des Grundkreiszylinders verlaufen.

Fig. 15 zeigt beispielhaft eine weitere Einrichtung zur Herstellung eines dreidimensionalen Nockens mit einem Erhebungsabschnitt (1) und einem Grundkreiszylinderabschnitt (2) und einer Rotationsachse (3). Der dreidimensionale Nocken ist um seine Rotationsachse (3) rotierbar und um eine Drehachse (55) in Lagern (56) drehbar. Ein Rotationskörper (4) mit zwei den Grundkreiszylinderabschnitt (2) erzeugenden peripheren Flächenabschnitten (5a, 5a*) und einem verbindenden peripheren Flächenabschnitt (65) ist um seine Rotationsachse (6) rotierbar, um eine Drehachse (62) drehbar sowie in vertikaler Richtung (61 ) und in horizontaler Richtung (60) verschiebbar. Die den Grundkreiszylinderabschnitt (2) erzeugenden peripheren Flächenabschnitte (5a, 5a*) des Rotationskörpers (4) sind in diesem Beispiel nach berechneten Maßen hergestellt. Dabei wurde dem einen den Grundkreiszylinderabschnitt (2) erzeugenden peripheren Flächenabschnitt (5a) eine Anordnung nach Fig.12a und Fig. 12b und dem zweiten den Grundkreiszylinderabschnitt (2) erzeugenden peripheren Flächenabschnitt (5a*) eine Anordnung nach Fig. 13a und Fig.13b zugrundegelegt. Jeder der beiden unterschiedlichen, den

Grundkreiszylinderabschnitt (2) erzeugenden peripheren Flächenabschnitte (5a, 5a ^* ) ist dadurch geeignet, bei entsprechender Lage des Rotationskörpers (4) einen Teil des Grundkreiszylinderabschnitts (2) des dreidimensionalen Nockens zu erzeugen. Der verbindende periphere Flächenabschnitt (65) ist u.a. geeignet, bei entsprechender änderung der Lage des Rotationskörpers (4) und des Nockens einen Bereich des Erhebungsabschnitts (1) des dreidimensionalen Nockens zu erzeugen, der sich über die gesamte axiale Nockenlänge (11) erstreckt und der bei Kontaktierung mit einem kegelstumpfförmigen oder zylindrischen Abschnitt (27) einer

Rolle (20) eine Linienberührung zwischen Nocken und Rolle ergibt. Dazu muß der verbindende periphere Flächenabschnitt (65) mindestens so lang sein, daß er bei der Erzeugung dieses Bereiches des Erhebungsabschnitts (1) den Nocken über die gesamte axiale Nockenlänge (11 ) berührt.

Zur Erzeugung des Grundkreiszylinderabschnitts (2) mit einem solchen Rotationskörper (4) als Werkzeug nimmt die Rotationsachse (6) des Rotationskörpers (4) zur Rotationsachse (3) des dreidimensionalen Nockens eine Lage nach Fig. 12a und 12b ein, die durch die Größe und Lage der Winkel gamma (72) und beta (73) gekennzeichnet ist, während der Nocken sich um seine Rotationsachse (3) dreht. Dabei erzeugt der periphere Flächenabschnitt (5a) des Rotationskörpers (4) einen Teil des Grundkreiszylinderabschnitts (2) des dreidimensionalen Nockens. Nach der Nockendrehung um die Rotationsachse (3) des Nockens zur Erzeugung eines Teils des Grundkreiszylinderabschnitts (2) erfolgt unter weiterer Nockendrehung um die Rotationsachse (3) die Erzeugung eines ersten Bereiches des Erhebungsabschnitts (1) des Nockens. Dazu wird der dreidimensionale Nocken um seine Rotationsachse (3) und zusätzlich um die Drehachse (55) gedreht und der Rotationskörper (4) um die Drehachse (62) gedreht und in vertikaler Richtung (61) und in horizontaler Richtung (60) bewegt. Gleichzeitig kann der Rotationskörper um seine Rotationsachse (6) rotieren. Die Erzeugung des ersten Bereiches des Erhebungsabschnitts (1) ist abgeschlossen, sobald der Rotationskörper (4) eine Lage erreicht, in der der Rotationskörper nur mit seiner verbindenden peripheren Fläche (65) den Erhebungsabschnitt erzeugt und in der sich die Rotationsachse (3) des Nockens und die Rotationsachse (6) des Rotationskörpers in einem Winkel Kappa schneiden.

Es erfolgt nun die Erzeugung eines zweiten Bereiches des Erhebungsabschnittes (1). Dieser zweite Bereich des Erhebungsabschnitts (1) ist dadurch gekennzeichnet, daß er nur von der verbindenden peripheren Fläche (65) erzeugt wird und die Bewegungen von Nocken und Rotationskörper (4) während der Drehung des Nockens um seine Rotationsachse (3) so erfolgen, dass sich die Rotationsachse (3) des Nockens und die Rotationsachse (6) des Rotationskörpers schneiden oder so, daß sich bei Kontaktierung des zweiten Bereiches des Erhebungsabschnitts (1) mit einem peripheren kegelstumpfförmigen oder zylindrischen Abschnitt (27) einer Rolle (20) eine Linienberührung ergibt. In dem Sonderfall einer senkrecht zur Rotationsachse (3) des Nockens geführten Rolle (20) wird der Nocken nur um seine

Rotationsachse gedreht und der Rotationskörper führt nur eine Bewegung in vertikaler Richtung (61) aus, so dass der Schnittwinkel zwischen der Rotationsachse (3) des Nockens und der Rotationsachse des Rotationskörpers (4) konstant bleibt. Es erfolgt nun die Erzeugung eines dritten Bereiches des Erhebungsabschnittes (1). Während der Nocken um seine Rotationsachse weiterdreht, werden die Bewegungen des Nockens und des Rotationskörpers (4) so gesteuert, daß der Rotationskörper (4) sich nach Herstellung des dritten Bereiches des Erhebungsabschnitts (1) des dreidimensionalen Nockens mit der zweiten peripheren Fläche (5a*) in einer den Grundkreiszylinderabschnitt (2) erzeugenden Konstellation nach Fig. 13a und 13b befindet.

Während der Nocken um seine Rotationsachse (3) weiterdreht, erzeugt der periphere Flächenabschnitt (5a*) des Rotationskörpers (4) nun mit den konstant gehaltenen Positionen der Rotationsachsen (6) und (3) nach Fig. 13a und 13b eine Teilfläche des Grundkreiszylinderabschnitts (2). Sobald ein Bereich des Grundkreiszylinderabschnitts (2) erreicht ist, der bereits mit der peripheren Fläche (5a) hergestellt wurde, wird der Rotationskörper (4) abgehoben, d.h. Grundkreiszylinderabschnitt (2) und Rotationskörper (4) werden außer Kontakt gebracht.

Auf diese Weise wird ein dreidimensionaler Nocken unter Einsatz eines peripheren Flächenabschnitts (5a) des Rotationskörpers (4) zur Erzeugung eines Teils des Grundkreiszylinderabschnittes (2) und unter Einsatz eines zweiten peripheren Flächenabschnitts (5a*) zur Erzeugung eines weiteren restlichen Teils des Grundkreis∑ylinderabschnittes (2) des Nockens sowie unter Einsatz der drei peripheren Flächenabschnitte (5a) und (5a*) und (65) zur Erzeugung des Erhebungsabschnittes (1) des dreidimensionalen Nockens hergestellt. Der Erhebungsabschnitt (1) besteht dabei aus drei Bereichen. Bei der Erzeugung des ersten Bereiches des Erhebungsabschnitts ändern sich die Position des Rotationskörpers (4) und des Nockens so, daß der zweite Bereich des Erhebungsabschnitts nur mit der peripheren Fläche (65) in der beschriebenen Konstellation von Rotationsachse (6) und Rotationsachse (3) des Nockens erzeugt werden kann. Die Erzeugung des ersten Bereichs des Erhebungsabschnitts (1 ) endet, bevor ein zweiter Bereich des Erhebungsabschnitts (1) erreicht ist, der bei Berührung mit einer Rolle (20) einer hohen Kontaktkraft unterworfen wird. Dieser zweite Bereich des Erhebungsabschnitts ermöglicht eine Linienberührung von

Nocken und Rolle (20). Die Erzeugung des dritten Bereichs des Erhebungsabschnitts (1) beginnt, nachdem der zweite Bereich fertiggestellt ist. Der auf die beschriebene Weise hergestellte dreidimensionale Nocken erzeugt Begrenzungskurven (66 und 67 in Fig. 11b) des Erhebungsabschnitts (1), die nicht symmetrisch zu einer Mantellinie des Grundkreiszylinders verlaufen und ermöglicht eine Linienberührung zwischen Nocken und Rolle in einem weiten mittleren Bereich des Erhebungsabschnitts (1) des Nockens mit hoher Kontaktkraft zwischen Nocken und Nockenfolger.

Um einen Nocken zu erzeugen, der in der zweiten Ableitung nach der Zeit stetige Bewegungen des Nockenfolgers ermöglicht, ist es erforderlich, die Bewegungen von Nocken und Rotationskörper (4) bei der Erzeugung des Erhebungsabschnitts (1) ebenfalls stetig auszuführen.

Der oben beschriebene Rotationskörper wird als Werkzeug zur Herstellung des dreidimensionalen Nockens eingesetzt. Der Rotationskörper kann z.B. eine rotierende Schleifscheibe sein oder ein rotierender Fräser oder ein Umformwerkzeug oder eine materialabtragende Elektrode. Die beschriebene Form der peripheren Fläche des Rotationskörpers kann auch Grundlage für eine Laserfertigung des Nockens oder für den Materialabtrag durch einen Strahl (z.B. Wasser oder Sand) sein. Die Form des Rotationskörpers kann auch für Behandlungen wie polieren, druckverfestigen, härten usw. sowie für weitere bekannte Fertigungsverfahren als Grundlage dienen. Auch zur Herstellung von Modellnocken, etwa zur Herstellung eines Nockenmodelles zur Herstellung einer Sinterform für einen Fertignocken oder einen übermaß-Rohnocken kann die beschriebene periphere Fläche des Rotationskörpers eingesetzt werden.

Bei Abnutzung des Rotationskörpers, z. B. einer Schleifscheibe, wird man die Lage der Rotationsachsen (6) und/oder (3) nachstellen und den peripheren Flächen des Rotationskörpers (4) gegebenenfalls eine Form geben, derart, daß sich annähernd gleiche Begrenzungskurven (66, 67) zwischen Grundkreiszylinderabschnitt (2) und Erhebungsabschnitt (1) wie vor der Abnutzung ergeben.

Ein erfindungsgemäßer längsverschieblicher dreidimensionaler Nocken treibt bei seinem Einsatz in einer Maschine oder anderen Einrichtung einen Nockenfolger

zumindest teilweise durch Punktberührung. Die Kontaktkraft zwischen Nocken und Nockenfolger wird durch Hertz'sche Pressung und durch hydrodynamischen Druck in der Umgebung der Kontaktstelle aufgenommen. Mit steigenden Drehzahlen des rotierenden Nockens wächst die Kontaktkraft infolge steigender Massenkräfte der bewegten angetriebenen Teile. Andererseits steigt auch der hydrodynamische Druck mit steigenden Drehzahlen bzw. Relativgeschwindigkeiten an der Kontaktstelle, so daß der hydrodynamische Druck einen Beitrag zur Verringerung der Hertz'schen Pressung an der Kontaktstelle leistet. Es kann daher wesentlich sein, die Kontaktflächen von Nocken und Nockenfolger mit einer zähen Flüssigkeit zu benetzen.

Es ist ferner zweckmäßig, den Nocken mit einem Schmiermittel zu versehen, da selbst bei einem rollenden Nockenfolger Gleitbewegungen zwischen Nocken und Nockenfolger auftreten können.

Die Kontaktfläche des Nockenfolgers wird der Fachmann konvex mit möglichst großem Krümmungsradius ausbilden. Fig. 8 zeigt z. B. als Nockenfolger eine Rolle (20) mit einer Achse (21 ) und einer nockenberührenden peripheren Fläche (24). Die nockenberührende periphere Fläche (24) ist so angeordnet, dass ihre Krümmungsradien groß sind, die Rolle (20) eine geringe Länge in Richtung ihrer Achse (21) aufweist und der Nockenkontaktpunkt sich stets in einem mittleren Längenbereich der Rolle befindet. Da an den Kontaktflächen außer einer Abrollbewegung auch eine Gleitbewegung auftritt, wie aus der Spur (25) der Rolle auf dem Nocken ersichtlich, sind reibungsmindernde Maßnahmen an Nocken, Rolle (20) und Schmiermittel selbstverständlich.

Eine weitere Maßnahme zur Erzielung eines großen Krümmungsradius einer peripheren Rollenoberfläche zeigt Fig. 9. Hier wird ein großer Krümmungsradius durch eine geeignete Lage der Rollenachse (21 ) relativ zur Nockenachse (3) erreicht. Dabei kann die Bewegungsrichtung (22) der Rolle beliebig, vorzugsweise jedoch senkrecht zur Nockenachse (3) oder senkrecht zur Rollenachse (21 ), angeordnet sein.

Fig. 10 zeigt einen dreidimensionalen Nocken mit einem Erhebungsabschnitt (1), einem Grundkreiszylinderabschnitt (2) und einer Rotationsachse (3). Der Erhebungsabschnitt (1) weist einen mittleren Bereich (26) auf. Der dreidimensionale Nocken wird erzeugt von einem Rotationskörper (4) mit einer Rotationsachse (6), mit einem den Grundkreiszylinderabschnitt (2) erzeugenden peripheren Flächenabschnitt

(5a) und mit einem den mittleren Bereich (26) des Erhebungsabschnitts (1) des Nockens erzeugenden kegelstumpfförmigen Bereich (5b). Der dreidimensionale Nocken treibt eine Rolle (20) mit einer Rotationsachse (21), die einen konvexen peripheren Abschnitt (28) aufweist, der bei Rotation des Nockens um seine Rotationsachse (3) dessen Grundkreiszylinderabschnitt (2) und an den Grundkreiszylinderabschnitt (2) angrenzende Bereiche des Erhebungsabschnitts (1) punktberührt und die einen kegelstumpfförmigen peripheren Abschnitt (27) aufweist, der bei Rotation des Nockens um seine Rotationsachse (3) dessen mittleren Bereich (26) des Erhebungsabschnitts (1) linienberührt. Die Rotationsachse (21) der Rolle (20) ist parallel zur Rotationsachse (3) des Nockens geführt.

Bei Anwendung in Brennkraftmaschinen ist eine von einem erfindungsgemäßen dreidimensionalen Nocken getriebene Rolle entsprechend dem Stand der Technik in einem ein Hubventil treibenden Schlepphebel, Schwinghebel oder Stößel gelagert. Aus Reibungsgründen wird man eine Wälzlagerung vorziehen. Statt der Rolle kann auch eine geeignet geformte Gleitfläche den dreidimensionalen Nocken kontaktieren.

Der dreidimensionale Nocken

Ein nach dem oben beschriebenen Verfahren hergestellter Nocken mit einem Erhebungsabschnitt (1 ) und einem Grundkreiszylinderabschnitt (2) und einer Rotationsachse (3) weist erfindungsgemäß folgende Merkmale auf:

1. Der Nocken weist eine Form auf, derart, dass jeder Punkt des Erhebungsabschnitts (1) und jeder Punkt des Grundkreiszylinderabschnitts (2) von einem Rotationskörper (4) in einer Berührungskurve (10) berührt werden kann, die sich über die gesamte axiale Nockenlänge (11 ) erstreckt.

2. Der Nocken weist eine Form auf, derart, daß ein den Nocken mit seiner peripheren Fläche (5) auf der ganzen Nockenlänge (11) berührender Rotationskörper (4) bei einer berührenden Bewegung über den Erhebungsabschnitt (1 ) eine Drehung von einem ersten Kreuzungswinkel (7) zu einem zweiten Kreuzungswinkel (8) ausführt.

3. Der Nocken weist eine Form auf, die mit nur einem Rotationskörper (4) herstellbar ist, wobei der Erhebungsabschnitt (1 ) und an den Erhebungsabschnitt

(I) angrenzende Teile des Grundkreiszylinderabschnitts (2) bei der Herstellung nur einmal bearbeitet werden werden müssen.

4. Der Nocken weist eine Form auf, derart, daß jeder zur Rotationsachse (3) des Nockens senkrechte Schnitt eine Nockenaußenkonturschnittlinie enthält, deren mindestens zweite Ableitung stetig ist.

5. Der Nocken weist Begrenzungskurven (66, 67) zwischen dem Grundkreiszylinderabschnitt (2) und dem Erhebungsabschnitt (1) auf, die sich stetig über die gesamte Nockenlänge erstrecken und die symmetrisch oder unsymmetrisch zu einer Mantellinie des Grundkreiszylinderabschnitts (2) verlaufen.

6. Der Nocken kann einen mittleren Bereich (26) des Erhebungsabschnitts (1) aufweisen, an den sich in jedem Punkt ein Zylinder so anlegen läßt, daß er den Nocken auf der ganzen axialen Länge (11) berührt, und er weist zwei Randbereiche des Erhebungsabschnitts (1) zwischen dem mittleren Bereich und der Begrenzung (66, 67) zum Grundkreiszylinderabschnitt (2) auf, an die sich in jedem Punkt eine periphere Fläche (5) eines Rotationskörpers (4) anlegen läßt, die einen den Grundkreiszylinderabschnitt (2) erzeugenden gekrümmten Flächenabschnitt (5a, 5a*) enthält.

7. Der Nocken kann einen mittleren Bereich (26) des Erhebungsabschnitts (1 ) aufweisen, an den sich in jedem Punkt ein Zylinder, dessen Achse die Rotationsachse (3) des Nockens in einem konstanten Winkel schneidet, so anlegen läßt, daß er den Nocken auf zumindest einem Teil der axialen Länge

(I I) berührt, und erweist zwei an den Begrenzungskurven (66, 67) zwischen dem Erhebungsabschnitt (1 ) und dem Grundkreiszylinderabschnitt (2) angrenzende Randbereiche des Erhebungsabschnitts (1) auf, an die sich in jedem Punkt eine periphere Fläche (5) eines Rotationskörpers (4) anlegen läßt, die einen den Grundkreiszylinderabschnitt (2) erzeugenden gekrümmten Flächenabschnitt (5a, 5a*) enthält. Zwischen dem mittleren Bereich und den Randbereichen können weitere Bereiche des Erhebungsabschnitts (1) angeordnet sein.

Der erfindungsgemäße Nocken kann in Maschinen und Geräten eingesetzt werden. Zum Abgreifen der variablen Nockenkontur werden der Nocken und/oder der Nockenfolger in ihrer Lage verändert.

Bezugszeichenliste

1 Erhebungsabschnitt des dreidimensionalen Nockens

2 Grundkreiszylinderabschnitt des dreidimensionalen Nockens

3 Rotationsachse des dreidimensionalen Nockens

4 Rotationskörper, 4a erstes Rotationskörperteil, 4a* zweites Rotationskörperteil

5 Periphere Fläche des Rotationskörpers (4), 5a, 5a* den Grundkreiszylinderabschnitt (2) erzeugender Flächenabschnitt der peripheren Fläche (5),

5b, 5c seitlicher Flächenabschnitt der peripheren Fläche (5)

6 Rotationsachse des Rotationskörpers (4)

7 Erster Kreuzungswinkel zwischen der Rotationsachse (3) des Nockens und der Rotationsachse (6) des Rotationskörpers (4).

8 Zweiter Kreuzungswinkel zwischen der Rotationsachse (3) des Nockens und der Rotationsachse (6) des Rotationskörpers (4).

9 Abstand zwischen Rotationsachse (3) des Nockens und Rotationsachse (6)

10 Berührungskurve

11 Länge des Nockens längs seiner Rotationsachse (3)

12 Drehachse des Rotationskörpers (4)

13 Länge des Rotationskörpers (4) längs seiner Rotationsachse (6)

13a Länge des Flächenabschnitts (5a) des Rotationskörpers (4) längs seiner Rot.-achse (6)

20 Rolle

21 Rotationsachse der Rolle (20)

22 Bewegungsrichtung der Rolle (20)

24 nockenberührende periphere Rollenfläche

25 Spur der Rolle (20) auf dem Nocken

26 Mittlerer Bereich des Erhebungsabschnitts (1) des Nockens

27 Kegelstumpfförmiger Abschnitt der nockenberührenden peripheren Rollenfläche

28 Konvexer Abschnitt der nockenberührenden peripheren Rollenfläche 31 Hubrichtung des Rotationskörpers (4)

41 die Nockenerhebung erzeugende weitere Drehachse

42 Verbindung zwischen der weiteren Drehachse (41) und der Drehachse (12) des Rotationskörpers (4)

43 Verschiebungseinrichtung der die Nockenerhebung erzeug, weiteren Drehachse (41)

44 Verschiebungseinrichtung innerhalb der Verbindung (42)

45 Verbindungsteil zwischen Drehachse (12) und Rotationsachse (6) des Rotationskörpers

46 Lagerung der Drehachse (12) im Verbindungsteil (45)

47 Lagerung der Rotationsachse (6) im Verbindungsteil (45)

Verbindung zwischen Nockenerhebung erzeugender Drehachse (41) und Lagerung (54) Lagerung der Rotationsachse (6) des Rotationskörpers (4) für Rotation und Längsverschiebung Drehachse des Nockens Lager der Drehachse (55) des Nockens Verbindungsteil mit Lagern (58) und mit der Drehachse (55) des Nockens Lager für die Rotationsachse (3) des dreidimensionalen Nockens Verschieberichtung des Rotationskörpers (4) Hubrichtung des Rotationskörpers (4) Weitere Drehachse zur Einstellung des Verlaufs der Höhe der Nockenerhebung über der Rotationsachse (3) des dreidimensionalen Nockens auf der Grundkreiszylinderabwicklung dargestellter Erhebungsabschnitts (1) Abwicklung des Grundkreiszylinderabschnitts (2) verbindender Flächenabschnitt der peripheren Fläche (5) des Rotationskörpers (4) Begrenzungskurve. Erhebungsabschnitt (1) geht in den Grundkreiszylinderabschnitt (2) über. Begrenzungskurve. Erhebungsabschnitt (1) geht in den Grundkreiszylinderabschnitt (2) über. Ortsfeste Drehachse des Rotationskörpers (4) Verschiebungseinrichtung Stirnfläche des Rotationskörperteils (4a) Stirnfläche des Rotationskörperteils (4a) Winkel gamma. Projektion des ersten Kreuzungswinkels (7) der Rotationsachse (3) des dreidimensionalen Nockens und der Rotationsachse (6) des Rotationskörperteils (4a) in die Zeichnungsebene der gewählten Ansicht. Winkel beta. Projektion des ersten Kreuzungswinkels (7) der Rotationsachse (3) des dreidimensionalen Nockens und der Rotationsachse (6) des Rotationskörperteils (4a) in die Zeichnungsebene der gewählten Ansicht. Stirnfläche des Rotationskörperteils (4a*) Stirnfläche des Rotationskörperteils (4a*) Verbindender Rotationskörperteil Winkel delta. Projektion des zweiten Kreuzungswinkels (8) der Rotationsachse (3) des dreidimensionalen Nockens und der Rotationsachse (6) des Rotationskörperteils (4a*) in die Zeichnungsebene der gewählten Ansicht. Winkel epsilon. Projektion des zweiten Kreuzungswinkels (8) der Rotationsachse (3) des dreidimensionalen Nockens und der Rotationsachse (6) des Rotationskörperteils (4a*) in die Zeichnungsebene der gewählten Ansicht.