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WO2015155115A1 - Verstellbare nockenwelle - Google Patents

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Publication number
WO2015155115A1
WO2015155115A1 PCT/EP2015/057308 EP2015057308W WO2015155115A1 WO 2015155115 A1 WO2015155115 A1 WO 2015155115A1 EP 2015057308 W EP2015057308 W EP 2015057308W WO 2015155115 A1 WO2015155115 A1 WO 2015155115A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
bearing
outer shaft
cam
shaft
rolling elements
Prior art date
Application number
PCT/EP2015/057308
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Michael Kunz
Bernd Mann
Uwe Dietel
Martin Lehmann
Original Assignee
Thyssenkrupp Presta Teccenter Ag
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Thyssenkrupp Presta Teccenter Ag filed Critical Thyssenkrupp Presta Teccenter Ag
Priority to EP15713510.4A priority Critical patent/EP3129614B1/de
Publication of WO2015155115A1 publication Critical patent/WO2015155115A1/de

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Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01L—CYCLICALLY OPERATING VALVES FOR MACHINES OR ENGINES
    • F01L1/00—Valve-gear or valve arrangements, e.g. lift-valve gear
    • F01L1/02—Valve drive
    • F01L1/04—Valve drive by means of cams, camshafts, cam discs, eccentrics or the like
    • F01L1/047—Camshafts
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01L—CYCLICALLY OPERATING VALVES FOR MACHINES OR ENGINES
    • F01L1/00—Valve-gear or valve arrangements, e.g. lift-valve gear
    • F01L1/34—Valve-gear or valve arrangements, e.g. lift-valve gear characterised by the provision of means for changing the timing of the valves without changing the duration of opening and without affecting the magnitude of the valve lift
    • F01L1/344—Valve-gear or valve arrangements, e.g. lift-valve gear characterised by the provision of means for changing the timing of the valves without changing the duration of opening and without affecting the magnitude of the valve lift changing the angular relationship between crankshaft and camshaft, e.g. using helicoidal gear
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01L—CYCLICALLY OPERATING VALVES FOR MACHINES OR ENGINES
    • F01L1/00—Valve-gear or valve arrangements, e.g. lift-valve gear
    • F01L1/02—Valve drive
    • F01L1/04—Valve drive by means of cams, camshafts, cam discs, eccentrics or the like
    • F01L1/047—Camshafts
    • F01L2001/0471—Assembled camshafts
    • F01L2001/0473—Composite camshafts, e.g. with cams or cam sleeve being able to move relative to the inner camshaft or a cam adjusting rod

Definitions

  • the present invention relates to an adjustable camshaft for the valve train of an internal combustion engine having an outer shaft and with an extending through the outer shaft inner shaft, wherein on the outer shaft at least one cam member and rotatably connected to the inner shaft, wherein the cam member rotatable to form a bearing is absorbed on the outside of the outer shaft.
  • DE 10 2005 014 680 A1 shows, by way of example, an adjustable camshaft for the valve train of an internal combustion engine with an outer shaft and an inner shaft extending through the outer shaft, wherein cam elements are arranged on the outer shaft and connected rotationally fixed to the inner shaft via a bolt. If the phase position of the inner shaft is changed relative to the phase position of the outer shaft, the cam elements on the outer shaft execute a rotational movement independently of a rotation of the camshaft, for example in a cylinder head or in a cylinder head cover. As a result, the adjustable cam elements are rotated against firmly arranged on the outer shaft further cam elements, so that the timing of, for example, intake valves and exhaust valves to each other can be changed.
  • the cam elements have cam tracks in contact with tapping elements. If the camshaft rotates about its longitudinal axis, a periodic application of force to the cam elements is effected by the tapping elements.
  • the dynamic application of force to the cam members results in a periodic cycling of the bearing formed by the rotatable engagement of the cam members on the outside of the outer shaft. Wear tests have shown that it is precisely this alternating load, although an improved oil exchange in the sliding gap between the cam member and the outer side of the outer shaft causes, as a kind of pumping effect sets, however, results in a periodic, minimal tilting movement of the cam elements on the outside of the outer shaft to increased wear.
  • cam elements are rotatably received on the outside of outer shafts via slide bearings. If the sliding bearings are designed with very low bearing air, the lubricant exchange in the bearing gap deteriorates. A poor supply of lubricant also leads to increased wear during prolonged use of the camshaft. If the bearing air is increased so that a slightly larger gap between the bore in the cam member and the outside of the outer shaft is formed, although the lubricant exchange is improved, but it can lead to edge bearing effects, which are also to be avoided.
  • the object of the invention is the development of an adjustable camshaft with an improved recording of the cam elements on the outside of the outer shaft.
  • the wear of the camshaft should be minimized.
  • rolling bearings allow a rotatable mounting of the cam member on the outer shaft, with which the above-mentioned disadvantages of the prior art can be overcome.
  • a rolling bearing assembly can be created, which allows a torque minimum rotation of the cam member on the outer shaft, since a rolling bearing has a lower loss friction compared to a plain bearing.
  • the wear of the bearing can be reduced, since with a sliding contact of a cam member on the outer shaft full lubrication due to the very small, and only short-term rotational movements can not be fully built.
  • a particular advantage is further characterized in that a roller bearing can be biased despite maintaining low torque, so that the periodic introduction of force by a tapping element on the cam element does not lead to a recurrent tilting of the cam member on the outer shaft.
  • no edge support effects so that a total of a roller bearing arranged between the cam member and the outer side of the outer shaft rolling elements allows a slightly biased recording of the cam member on the outer shaft, without larger torsional torques are required.
  • the cam member may have a receiving bore for receiving the rolling elements, wherein the rolling elements may abut against the inner surface of the receiving bore.
  • the rolling elements can roll directly in the bore in the cam element, so that the cam element at the same time assumes the function of a bearing outer ring.
  • the rolling elements bear against the outside of the outer shaft in direct contact, so that the outside of the Outer shaft forms a bearing inner ring on which the rolling elements can roll off.
  • the bearing may comprise a bearing outer ring, which is seated in the receiving bore of the cam member and against which the rolling elements.
  • the bearing may comprise a bearing outer ring, which is seated in the receiving bore of the cam member and against which the rolling elements.
  • the rolling elements can form, for example, needles or rollers, wherein balls can also be provided, which are arranged between the outer side of the outer shaft and the cam member.
  • balls can also be provided, which are arranged between the outer side of the outer shaft and the cam member.
  • two ball bearing sets can be provided, which are located in the outer areas of the receiving bore.
  • a circumferential bearing groove can be introduced in the outer side of the outer shaft, in which the rolling elements are at least a part of their diameter.
  • the bearing groove has a smaller diameter than the diameter of the outside of the outer shaft.
  • the cam member may be rotatably connected to the inner shaft with a bolt, and this may be passed through an opening in the outer shaft, wherein the bearing axially adjacent to the bolt or to the opening can be arranged.
  • the arrangement of the bolt does not interfere with the inclusion of rolling elements between the cam member and the outside of the outer shaft.
  • the cam member may have a cam collar have, which is laterally formed on a base body of the cam member.
  • the rolling elements may be limited in length to the width of the base body.
  • the rolling elements can be located in the receiving bore within or below the base body and laterally the cam collar connects, which serves to receive the bolt.
  • the bearing for receiving the cam element on the outer shaft may be provided a bearing cage in which the rolling elements, in particular self-holding, are added. It is also possible to attach locking washers to the cam element in order to fix the bearing cage with the rolling elements in the axial position.
  • FIG. 1 shows a cross-sectional view of an adjustable camshaft with a cam element, which according to the invention is received on rolling elements on the outside of an outer shaft,
  • FIG. 2 shows a cross-sectional view of an outer shaft for an adjustable camshaft for receiving rolling elements on the outside of the outer shaft
  • 3 shows a further embodiment of an adjustable camshaft with a bearing, which is formed by a rolling bearing with rolling elements
  • Figure 4 is a perspective view of an adjustable camshaft with a cam member which is received on the outer shaft via rolling elements, and
  • Figure 5 is a cross-sectional view of another adjustable
  • Camshaft with a cam element which is received according to the invention via rolling elements on the outside of an outer shaft,
  • Figure 1 shows a cross-section of an adjustable camshaft 1, which can serve for the valve train of an internal combustion engine.
  • the camshaft 1 has an outer shaft 10 and extending through the outer shaft 10 extending inner shaft 1 1, wherein the inner shaft 1 1 in the outer shaft 10 is rotatable.
  • the cam member 12 is rotatably received on the outer side 14 of the outer shaft 10 to form a bearing 13.
  • the bearing 13 has rolling bodies 15, which are located in the receiving bore in the cam member 12 and via which the cam member 12 is mounted on the outer side 14 of the outer shaft 10.
  • an upper rolling element 15 is cut and a lower rolling element 15 is shown uncut.
  • the rolling elements 15 are formed as needles and distributed over the circumference at the same distance a plurality of needles between the cam member 12 and the outer side 14 of the outer shaft 10 are arranged.
  • the cam element 12 has a base body 22 and a cam collar 21.
  • the base body 22 has on the outside a cam track 24, via which a tapping element taps a control movement for a valve of the internal combustion engine.
  • the side of the base body 22, the cam follower 21 connects, and the rolling elements 15 have a length which on the Width of the body 22 is limited. Thus, there are no rolling elements under the cam collar 21, and the bolt 19 can be arranged in the cam collar 21.
  • Figure 2 shows a cross-sectional view of the outer shaft 10 with introduced therein openings 20 for passing the bolt 19.
  • a bearing groove 18 is introduced, which has a width substantially the length of the rolling elements 15 corresponds.
  • a substantial advantage of the bearing groove 18 is the possibility that can be carried out without structural changes of the camshaft 1, the rolling elements 15 can be performed with a customized diameter, and for example, the bearing groove 18 is a radial Have depth that corresponds approximately to half the diameter of the rolling elements 15.
  • FIG 3 shows another embodiment of an adjustable camshaft 1 with an outer shaft 10 and an inner shaft 1 1 and on the outer side 14 of the outer shaft 10, a cam member 12 is received via a bearing 13.
  • the bearing 13 is designed as a complete bearing with a bearing outer ring 16 and a bearing inner ring 17, and between the bearing outer ring 16 and the bearing inner ring 17 are the rolling elements 15.
  • the rolling elements 15 roll against the bearing outer ring 16 and the bearing inner ring 17 from, and the Bearing outer ring 16 is inserted in the receiving bore in the cam member 12, and the bearing inner ring 17 is applied to the outer side 14 of the outer shaft 10.
  • the rolling bearing with the rolling elements 15, the bearing outer ring 16 and the bearing inner ring 17 is located below the base body 22, and thus laterally to the cam collar 21 with the pin 19th
  • FIG. 4 shows a perspective view of the adjustable camshaft 1 with the outer shaft 10 extending in the shaft axis 23 and on the outer shaft 10 the cam element 12 is received via the bearing 13.
  • the perspective view shows a plurality of rolling elements 15 for forming the bearing 13, which are located below the main body 22 of the cam member 12.
  • the side of the body 22 subsequent cam collar 21 serves to receive the bolt 19th
  • FIG. 5 shows a cross-sectional view of another embodiment of an adjustable camshaft 1 according to the invention, which can serve for the valve train of an internal combustion engine.
  • the camshaft 1 shown in FIG. 5 essentially corresponds to the camshaft 1 shown in FIG. 1 and consequently likewise has an outer shaft 10 and an inner shaft 11 extending through the outer shaft 10, the inner shaft 11 being rotatable in the outer shaft 10 is.
  • On the outside of the outer shaft 10, a cam member 12 is arranged, which is rotatably connected via a pin 19 with the inner shaft 1 1.
  • the cam member 12 is rotatably received on the outer side 14 of the outer shaft 10 to form a bearing 13.
  • the bearing 13 has rolling bodies 15, which are located in the receiving bore in the cam member 12 and via which the cam member 12 is mounted on the outer side 14 of the outer shaft 10.
  • an upper rolling element 15 is cut and a lower rolling element 15 is shown uncut.
  • the rolling elements 15 are formed as needles and there are distributed over the circumference at the same distance a plurality of needles between the Cam member 12 and the outer side 14 of the outer shaft 10 is arranged.
  • the camshaft 1 shown in FIG. 5 differs from the camshaft 1 shown in FIG. 1 essentially in that the outer shaft 10 has no bearing groove 18 for the axial guidance of the rolling elements 15, as shown in particular in FIG.
  • the rolling elements 15 bear against the outside of the outer shaft 10 in direct contact, so that the outer side of the outer shaft 10 advantageously forms a bearing inner ring on which the rolling elements can roll off.
  • a prior processing of the outer shaft 10 to create bearing grooves 18 is therefore advantageously not required.
  • the cam element 12 has a base body 22 and a cam collar 21.
  • the base body 22 has on the outside a cam track 24, via which a tapping element taps a control movement for a valve of the internal combustion engine.
  • the cam collar 21 connects, and the rolling elements 15 have a length which is limited to the width of the base body 22.
  • the bolt 19 can be arranged in the cam collar 21.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Valve-Gear Or Valve Arrangements (AREA)

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine verstellbare Nockenwelle (1) für den Ventiltrieb einer Brennkraftmaschine mit einer Außenwelle (10) und mit einer sich durch die Außenwelle (10) hindurch erstreckenden Innenwelle (11), wobei auf der Außenwelle (10) wenigstens ein Nockenelement (12) angeordnet und mit der Innenwelle (11) drehfest verbunden ist, wobei das Nockenelement (12) unter Bildung einer Lagerung (13) drehbar auf der Außenseite (14) der Außenwelle (10) aufgenommen ist. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass die Lagerung (13) zwischen dem Nockenelement (12) und der Außenseite (14) der Außenwelle (10) angeordnete Wälzkörper (15) aufweist.

Description

Verstellbare Nockenwelle
B e s c h r e i b u n g
Die vorliegende Erfindung betrifft eine verstellbare Nockenwelle für den Ventiltrieb einer Brennkraftmaschine mit einer Außenwelle und mit einer sich durch die Außenwelle hindurch erstreckenden Innenwelle, wobei auf der Außenwelle wenigstens ein Nockenelement angeordnet und mit der Innenwelle drehfest verbunden ist, wobei das Nockenelement unter Bildung einer Lagerung drehbar auf der Außenseite der Außenwelle aufgenommen ist.
STAND DER TECHNIK
Die DE 10 2005 014 680 A1 zeigt beispielhaft eine verstellbare Nockenwelle für den Ventiltrieb einer Brennkraftmaschine mit einer Außenwelle und mit einer sich durch die Außenwelle hindurch erstreckenden Innenwelle, wobei auf der Außenwelle Nockenelemente angeordnet und mit der Innenwelle über einen Bolzen verdrehfest verbunden sind. Wird die Phasenlage der Innenwelle gegenüber der Phasenlage der Außenwelle verändert, so führen die Nockenelemente auf der Außenwelle eine Drehbewegung unabhängig von einer Rotation der Nockenwelle beispielsweise in einem Zylinderkopf oder in einer Zylinderkopfhaube aus. Dadurch werden die verstellbaren Nockenelemente gegen fest auf der Außenwelle angeordnete weitere Nockenelemente verdreht, sodass die Steuerzeiten beispielsweise von Einlassventilen und Auslassventilen zueinander verändert werden können.
Die Nockenelemente weisen Nockenbahnen auf, die mit Abgriffselementen in Kontakt stehen. Rotiert die Nockenwelle um ihre Längsachse, so wird durch die Abgriffselemente eine periodische Kraftbeaufschlagung in die Nockenelemente bewirkt. Die dynamische Kraftbeaufschlagung der Nockenelemente führt zu einer periodischen Wechselbelastung der Lagerung, die durch die drehbare Aufnahme der Nockenelemente auf der Außenseite der Außenwelle gebildet ist. Verschleißuntersuchungen haben gezeigt, dass gerade diese Wechselbelastung zwar einen verbesserten Ölaustausch im Gleitspalt zwischen dem Nockenelement und der Außenseite der Außenwelle bewirkt, da sich eine Art Pumpeffekt einstellt, jedoch führt eine periodische, minimale Kippbewegung der Nockenelemente auf der Außenseite der Außenwelle zu erhöhtem Verschleiß.
Grundsätzlich werden Nockenelemente auf der Außenseite von Außenwellen über Gleitlagerungen drehbar aufgenommen. Werden die Gleitlagerungen mit sehr geringer Lagerluft ausgebildet, so verschlechtert sich der Schmierstoffaustausch im Lagerspalt. Eine schlechte Schmierstoffversorgung führt bei längerem Gebrauch der Nockenwelle ebenfalls zu einem erhöhten Verschleiß. Wird die Lagerluft erhöht, sodass ein etwas größerer Spalt zwischen der Bohrung im Nockenelement und der Außenseite der Außenwelle entsteht, so wird zwar der Schmierstoffaustausch verbessert, jedoch kann es zu Kantentrageffekten kommen, die ebenfalls zu vermeiden sind.
Ein weiterer Nachteil einer sehr geringen Lagerluft, die zum Beispiel gebildet wird wenn die Nockenelemente auf der Außenseite der Außenwelle leicht vorgespannt werden, betreffen höhere notwendige Verstellkräfte, zumal auf einer Nockenwelle zumeist mehrere drehbar auf der Außenseite der Außenwelle aufgenommene Nockenelemente vorgesehen sind. Soll also die Innenwelle in der Außenwelle verdreht werden, beispielsweise durch einen hydraulisch wirkenden Phasenversteller, so muss dieser den erhöhten Verstellmomenten angepasst werden, wodurch nachteilhafterweise eine verstärkte Ölversorgung notwendig wird.
OFFENBARUNG DER ERFINDUNG
Aufgabe der Erfindung ist die Weiterbildung einer verstellbaren Nockenwelle mit einer verbesserten Aufnahme der Nockenelemente auf der Außenseite der Außenwelle. Insbesondere soll der Verschleiß der Nockenwelle minimiert werden.
Diese Aufgabe wird ausgehend von einer verstellbaren Nockenwelle gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 in Verbindung mit den kennzeichnenden Merkmalen gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben. Die Erfindung schließt die technische Lehre ein, dass die Lagerung zwischen dem Nockenelement und der Außenseite der Außenwelle angeordnete Wälzkörper aufweist.
Zwischen dem Nockenelement und der Außenseite der Außenwelle angeordnete Wälzlager ermöglichen eine drehbare Aufnahme des Nockenelementes auf der Außenwelle, mit der die eingangs aufgeführten Nachteile des Standes der Technik überwunden werden können. Durch die Wälzkörper kann eine Wälzlageranordnung geschaffen werden, die eine momentenminimale Verdrehung des Nockenelementes auf der Außenwelle ermöglicht, da eine Wälzlagerung im Vergleich zu einer Gleitlagerung eine geringere Verlustreibung aufweist. Weiterhin kann der Verschleiß der Lagerung reduziert werden, da bei einem Gleitkontakt eines Nockenelementes auf der Außenwelle eine Vollschmierung aufgrund der sehr kleinen, und nur kurzzeitigen Drehbewegungen nicht vollständig aufgebaut werden kann. Ein besonderer Vorteil entsteht weiterhin dadurch, dass eine Wälzlagerung trotz Aufrechterhaltung geringer Verdrehmomente vorgespannt werden kann, sodass die periodische Krafteinleitung durch ein Abgriffselement auf das Nockenelement nicht zu einer wiederkehrenden Verkippung des Nockenelementes auf der Außenwelle führt. Dadurch entstehen keine Kantentrageffekte, sodass insgesamt eine Wälzlagerung mit zwischen dem Nockenelement und der Außenseite der Außenwelle angeordneten Wälzkörpern eine leicht vorgespannte Aufnahme des Nockenelementes auf der Außenwelle ermöglicht, ohne dass größere Verdrehmomente erforderlich werden.
Zur Ausgestaltung eines Wälzlagers mit zwischen dem Nockenelement und der Außenseite der Außenwelle angeordneten Wälzkörpern können mehrere Varianten vorgesehen werden. Beispielsweise kann das Nockenelement eine Aufnahmebohrung zur Aufnahme der Wälzkörper aufweisen, wobei die Wälzkörper gegen die Innenoberfläche der Aufnahmebohrung anliegen können. Damit können die Wälzkörper unmittelbar in der Bohrung im Nockenelement abwälzen, sodass das Nockenelement zugleich die Funktion eines Lageraußenringes einnimmt.
Weiterhin kann vorgesehen sein, dass die Wälzkörper auch gegen die Außenseite der Außenwelle in direktem Kontakt anliegen, sodass die Außenseite der Außenwelle einen Lagerinnenring bildet, auf dem die Wälzkörper abwälzen können.
Als alternative Ausgestaltung zur direkten Aufnahme der Wälzkörper in der Aufnahmebohrung des Nockenelementes und auf der Außenseite der Außenwelle besteht die weitere Möglichkeit, eine Lagerung mit einem Lageraußenring und/oder mit einem Lagerinnenring zu schaffen. Beispielsweise kann die Lagerung einen Lageraußenring umfassen, der in der Aufnahmebohrung des Nockenelementes einsitzt und gegen den die Wälzkörper anliegen. Unabhängig von der Anordnung eines Lageraußenringes kann auch ein Lagerinnenring vorgesehen werden, der auf der Außenseite der Außenwelle aufsitzt und gegen den die Wälzkörper anliegen und abwälzen.
Die Wälzkörper können beispielsweise Nadeln oder Rollen bilden, wobei auch Kugeln vorgesehen werden können, die zwischen der Außenseite der Außenwelle und dem Nockenelement angeordnet werden. Beispielsweise können zwei Kugellagersätze vorgesehen sein, die in den Außenbereichen der Aufnahmebohrung einsitzen.
Mit weiterem Vorteil kann in der Außenseite der Außenwelle eine umlaufende Lagernut eingebracht sein, in der die Wälzkörper wenigstens mit einem Teil ihres Durchmessers einsitzen. Die Lagernut hat dabei einen geringeren Durchmesser als der Durchmesser der Außenseite der Außenwelle. Dadurch wird der Vorteil erreicht, dass die Wälzkörper mit einem größeren Durchmesser vorgesehen werden können, ohne dass die geometrischen Grundabmessungen einer verstellbaren Nockenwelle verändert werden müssen. Jedoch sollte die Lagernut nicht zu tief in die Außenwelle eingebracht werden, sodass die Außenwelle nicht nachhaltig geschwächt wird.
Das Nockenelement kann mit einem Bolzen verdrehfest mit der Innenwelle verbunden sein, und dieser kann durch eine Öffnung in der Außenwelle geführt werden, wobei die Lagerung axial benachbart zum Bolzen beziehungsweise zur Öffnung angeordnet werden kann. Dadurch stört die Anordnung des Bolzens nicht die Aufnahme von Wälzkörpern zwischen dem Nockenelement und der Außenseite der Außenwelle. Insbesondere kann das Nockenelement einen Nockenbund aufweisen, der seitlich an einem Grundkörper des Nockenelementes angeformt ist. Dabei können die Wälzkörper in der Länge auf die Breite des Grundkörpers begrenzt sein. So können sich die Wälzkörper in der Aufnahmebohrung innerhalb beziehungsweise unterhalb des Grundkörpers befinden und seitlich schließt sich der Nockenbund an, der zur Aufnahme des Bolzens dient.
Mit weiterem Vorteil kann zwischen dem Nockenbund und der Außenseite der Außenwelle ein Gleitkontakt, insbesondere unter Bildung eines Gleitlagers ausgebildet sein. Damit kann eine weitere Stabilisierung des Nockenelementes auf der Außenwelle gegen Verkippung weitergebildet werden, sodass eine Lagerkombination zwischen einem Wälzlager und einem Gleitlager zur Aufnahme eines Nockenelementes auf der Außenwelle geschaffen wird. Insbesondere eine solche Kombination aus Gleitlager und Wälzlager schafft besondere Vorteile hinsichtlich eines minimalen Verschleißes, einer leichten Verstellmöglichkeit und einem minimalen Verkippen des Nockenelementes auf der Außenwelle.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Lagerung zur Aufnahme des Nockenelementes auf der Außenwelle kann ein Lagerkäfig vorgesehen sein, in dem die Wälzkörper, insbesondere selbsthaltend, aufgenommen sind. Auch besteht die Möglichkeit, am Nockenelement Sicherungsscheiben anzubringen, um den Lagerkäfig mit den Wälzkörpern in der Axialposition zu fixieren.
BEVORZUGTES AUSFÜHRUNGSBEISPIEL DER ERFINDUNG
Weitere, die Erfindung verbessernde Maßnahmen werden nachstehend gemeinsam mit der Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung anhand der Figuren näher dargestellt. Es zeigt:
Figur 1 eine Querschnittsansicht einer verstellbaren Nockenwelle mit einem Nockenelement, das erfindungsgemäß über Wälzkörper auf der Außenseite einer Außenwelle aufgenommen ist,
Figur 2 eine quergeschnittene Ansicht einer Außenwelle für eine verstellbare Nockenwelle zur Aufnahme von Wälzkörpern auf der Außenseite der Außenwelle, Figur 3 ein weiteres Ausführungsbeispiel einer verstellbaren Nockenwelle mit einer Lagerung, die durch ein Wälzlager mit Wälzkörpern ausgebildet ist,
Figur 4 eine perspektivische Ansicht einer verstellbaren Nockenwelle mit einem Nockenelement, das über Wälzkörper auf der Außenwelle aufgenommen ist, und
Figur 5 eine Querschnittsansicht einer weiteren verstellbaren
Nockenwelle mit einem Nockenelement, das erfindungsgemäß über Wälzkörper auf der Außenseite einer Außenwelle aufgenommen ist,
Figur 1 zeigt einen quergeschnittenen Abschnitt einer verstellbaren Nockenwelle 1 , die für den Ventiltrieb einer Brennkraftmaschine dienen kann. Die Nockenwelle 1 weist eine Außenwelle 10 und eine sich durch die Außenwelle 10 hindurch erstreckende Innenwelle 1 1 auf, wobei die Innenwelle 1 1 in der Außenwelle 10 verdrehbar ist. Auf der Außenseite der Außenwelle 10 ist ein Nockenelement 12 angeordnet, das über einen Bolzen 19 mit der Innenwelle 1 1 drehfest verbunden ist. Das Nockenelement 12 ist dabei unter Bildung einer Lagerung 13 drehbar auf der Außenseite 14 der Außenwelle 10 aufgenommen.
Die Lagerung 13 weist Wälzkörper 15 auf, die sich in der Aufnahmebohrung im Nockenelement 12 befinden und über die das Nockenelement 12 auf der Außenseite 14 der Außenwelle 10 gelagert ist. Dabei ist beispielhaft ein oberer Wälzkörper 15 geschnitten und ein unterer Wälzkörper 15 ungeschnitten dargestellt. Die Wälzkörper 15 sind als Nadeln ausgebildet und es sind über den Umfang verteilt in gleichem Abstand mehrere Nadeln zwischen dem Nockenelement 12 und der Außenseite 14 der Außenwelle 10 angeordnet.
Das Nockenelement 12 weist einen Grundkörper 22 und einen Nockenbund 21 auf. Der Grundkörper 22 weist außenseitig eine Nockenbahn 24 auf, über die durch ein Abgriffselement eine Steuerbewegung für ein Ventil der Brennkraftmaschine abgegriffen wird. Seitlich an den Grundkörper 22 schließt sich der Nockenbund 21 an, und die Wälzkörper 15 weisen eine Länge auf, die auf die Breite des Grundkörpers 22 begrenzt ist. Damit befinden sich unter dem Nockenbund 21 keine Wälzkörper, und der Bolzen 19 kann im Nockenbund 21 angeordnet werden.
Die über die Nockenbahn 24 periodisch auf den Grundkörper 22 einwirkenden Kräfte werden über die Wälzkörper 15 aufgenommen, sodass die Wälzkörper 15 unter dem Krafteinleitungsbereich der Kräfte auf das Nockenelement 12 angeordnet sind. Dadurch wird im Betrieb der Nockenwelle 1 erreicht, dass das Nockenelement 12 im Wesentlichen verkippungsfrei auf der Außenseite 14 der Außenwelle 10 aufsitzt, wobei zwischen dem Nockenbund 21 und der Außenseite 14 der Außenwelle 10 zusätzlich ein Gleitkontakt vorgesehen sein kann.
Figur 2 zeigt eine Querschnittsansicht der Außenwelle 10 mit in dieser eingebrachten Öffnungen 20 zum Hindurchführen des Bolzens 19. In der Außenseite 14 der Außenwelle 10 ist zur Aufnahme der Wälzkörper 15 eine Lagernut 18 eingebracht, die eine Breite aufweist, die im Wesentlichen der Länge der Wälzkörper 15 entspricht. Dadurch bewirkt die Lagernut 18 eine axiale Führung der Wälzkörper 15. Ein wesentlicher Vorteil der Lagernut 18 besteht in der Möglichkeit, das ohne bauliche Änderungen der Nockenwelle 1 vorzunehmen die Wälzkörper 15 mit einem angepassten Durchmesser ausgeführt werden können, und beispielsweise kann die Lagernut 18 eine radiale Tiefe aufweisen, die etwa dem halben Durchmesser der Wälzkörper 15 entspricht.
Figur 3 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel einer verstellbaren Nockenwelle 1 mit einer Außenwelle 10 und einer Innenwelle 1 1 und auf der Außenseite 14 der Außenwelle 10 ist ein Nockenelement 12 über eine Lagerung 13 aufgenommen. Die Lagerung 13 ist als vollständiges Wälzlager mit einem Lageraußenring 16 und mit einem Lagerinnenring 17 ausgeführt, und zwischen dem Lageraußenring 16 und dem Lagerinnenring 17 befinden sich die Wälzkörper 15. Damit wälzen die Wälzkörper 15 gegen den Lageraußenring 16 und den Lagerinnenring 17 ab, und der Lageraußenring 16 ist in der Aufnahmebohrung im Nockenelement 12 eingesetzt, und der Lagerinnenring 17 ist auf der Außenseite 14 der Außenwelle 10 aufgebracht. Die Wälzlagerung mit den Wälzkörpern 15, dem Lageraußenring 16 und dem Lagerinnenring 17 befindet sich unter dem Grundkörper 22, und damit seitlich zum Nockenbund 21 mit dem Bolzen 19.
Wird die Innenwelle 1 1 relativ zur Außenwelle 10 um die Wellenachse 23 verdreht, so schwenkt der mit der Innenwelle 1 1 verbundene Bolzen 19 in den länglich ausgebildeten Öffnungen 20 in der Außenwelle 10. Dadurch wälzen die Wälzkörper 15 gegen die Ringe 16 und 17 ab, und das Nockenelement 12 kann gegenüber der Außenwelle 10 gemeinsam mit der Innenwelle 1 1 verschwenken.
Figur 4 zeigt schließlich eine perspektivische Ansicht der verstellbaren Nockenwelle 1 mit der Außenwelle 10, die sich in der Wellenachse 23 erstreckt und auf der Außenwelle 10 ist das Nockenelement 12 über die Lagerung 13 aufgenommen. Die perspektivische Ansicht zeigt eine Vielzahl von Wälzkörpern 15 zur Bildung der Lagerung 13, die sich unterhalb des Grundkörpers 22 des Nockenelementes 12 befinden. Der sich seitlich zum Grundkörper 22 anschließende Nockenbund 21 dient zur Aufnahme des Bolzens 19.
Figur 5 zeigt eine Querschnittsdarstellung einer weiteren Ausführungsform einer erfindungsgemäßen verstellbaren Nockenwelle 1 , die für den Ventiltrieb einer Brennkraftmaschine dienen kann. Die in der Figur 5 gezeigte Nockenwelle 1 entspricht im Wesentlichen der in der Figur 1 gezeigten Nockenwelle 1 und weist folglich ebenfalls eine Außenwelle 10 und eine sich durch die Außenwelle 10 hindurch erstreckende Innenwelle 1 1 auf, wobei die Innenwelle 1 1 in der Außenwelle 10 verdrehbar ist. Auf der Außenseite der Außenwelle 10 ist ein Nockenelement 12 angeordnet, das über einen Bolzen 19 mit der Innenwelle 1 1 drehfest verbunden ist. Das Nockenelement 12 ist dabei unter Bildung einer Lagerung 13 drehbar auf der Außenseite 14 der Außenwelle 10 aufgenommen.
Die Lagerung 13 weist Wälzkörper 15 auf, die sich in der Aufnahmebohrung im Nockenelement 12 befinden und über die das Nockenelement 12 auf der Außenseite 14 der Außenwelle 10 gelagert ist. Dabei ist beispielhaft ein oberer Wälzkörper 15 geschnitten und ein unterer Wälzkörper 15 ungeschnitten dargestellt. Die Wälzkörper 15 sind als Nadeln ausgebildet und es sind über den Umfang verteilt in gleichem Abstand mehrere Nadeln zwischen dem Nockenelement 12 und der Außenseite 14 der Außenwelle 10 angeordnet. Die in der Figur 5 gezeigte Nockenwelle 1 unterscheidet sich von der in der Figur 1 gezeigten Nockenwelle 1 im Wesentlichen dadurch, dass die Außenwelle 10 keine Lagernut 18 zur axialen Führung der Wälzkörper 15, wie insbesondere in der Figur 2 gezeigt, aufweist. Vielmehr liegen die Wälzkörper 15 gegen die Außenseite der Außenwelle 10 in direktem Kontakt an, sodass die Außenseite der Außenwelle 10 vorteilhaft einen Lagerinnenring bildet, auf dem die Wälzkörper abwälzen können. Eine vorherige Bearbeitung der außenwelle 10 zu Schaffung von Lagernuten 18 ist demnach vorteilhaft nicht erforderlich.
Wie des Weiteren in der Figur 5 gezeigt, weist das Nockenelement 12 einen Grundkörper 22 und einen Nockenbund 21 auf. Der Grundkörper 22 weist außenseitig eine Nockenbahn 24 auf, über die durch ein Abgriffselement eine Steuerbewegung für ein Ventil der Brennkraftmaschine abgegriffen wird. Seitlich an den Grundkörper 22 schließt sich der Nockenbund 21 an, und die Wälzkörper 15 weisen eine Länge auf, die auf die Breite des Grundkörpers 22 begrenzt ist. Damit befinden sich unter dem Nockenbund 21 keine Wälzkörper, und der Bolzen 19 kann im Nockenbund 21 angeordnet werden.
Die über die Nockenbahn 24 periodisch auf den Grundkörper 22 einwirkenden Kräfte werden über die Wälzkörper 15 aufgenommen, sodass die Wälzkörper 15 unter dem Krafteinleitungsbereich der Kräfte auf das Nockenelement 12 angeordnet sind. Dadurch wird im Betrieb der Nockenwelle 1 erreicht, dass das Nockenelement 12 im Wesentlichen verkippungsfrei auf der Außenseite 14 der Außenwelle 10 aufsitzt, wobei zwischen dem Nockenbund 21 und der Außenseite 14 der Außenwelle 10 zusätzlich ein Gleitkontakt vorgesehen sein kann.
Die Erfindung beschränkt sich in ihrer Ausführung nicht auf das vorstehend angegebene bevorzugte Ausführungsbeispiel. Vielmehr ist eine Anzahl von Varianten denkbar, welche von der dargestellten Lösung auch bei grundsätzlich anders gearteten Ausführungen Gebrauch macht. Sämtliche aus den Ansprüchen, der Beschreibung oder den Zeichnungen hervorgehenden Merkmale und/oder Vorteile, einschließlich konstruktiven Einzelheiten, räumliche Anordnungen, können sowohl für sich als auch in den verschiedensten Kombinationen erfindungswesentlich sein.
Bez u g s ze i c h e n l i s te
verstellbare Nockenwelle
Außenwelle
Innenwelle
Nockenelement
Lagerung
Außenseite
Wälzkörper
Lageraußenring
Lagerinnenring
Lagernut
Bolzen
Öffnung
Nockenbund
Grundkörper
Wellenachse
Nockenbahn

Claims

P a t e n t a n s p r ü c h e
1 . Verstellbare Nockenwelle (1 ) für den Ventiltrieb einer Brennkraftmaschine mit einer Außenwelle (10) und mit einer sich durch die Außenwelle (10) hindurch erstreckenden Innenwelle (1 1 ), wobei auf der Außenwelle (10) wenigstens ein Nockenelement (12) angeordnet und mit der Innenwelle (1 1 ) drehfest verbunden ist, wobei das Nockenelement (12) unter Bildung einer Lagerung (13) drehbar auf der Außenseite (14) der Außenwelle (10) aufgenommen ist,
dadurch gekennzeichnet, dass die Lagerung (13) zwischen dem Nockenelement (12) und der Außenseite (14) der Außenwelle (10) angeordnete Wälzkörper (15) aufweist.
2. Verstellbare Nockenwelle (1 ) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das Nockenelement (12) eine Aufnahmebohrung zur Aufnahme der Wälzkörper (15) aufweist, wobei die Wälzkörper (15) gegen die Innenoberfläche der Aufnahmebohrung anliegen.
3. Verstellbare Nockenwelle (1 ) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Wälzkörper (15) gegen die Außenseite (14) der Außenwelle (10) anliegen.
4. Verstellbare Nockenwelle (1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Lagerung (13) einen Lageraußenring (16) umfasst, der in der Aufnahmebohrung des Nockenelementes (12) einsitzt und gegen den die Wälzkörper (15) anliegen.
5. Verstellbare Nockenwelle (1 ) nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Lagerung (13) einen Lagerinnenring (17) umfasst, der auf der Außenseite (14) der Außenwelle (10) aufsitzt und gegen den die Wälzkörper (15) anliegen.
6. Verstellbare Nockenwelle (1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass in der Außenseite (14) der Außenwelle (10) eine umlaufende Lagernut (18) eingebracht ist, in der die Wälzkörper (15) wenigstens teilweise einsitzen.
7. Verstellbare Nockenwelle (1 ) nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Nockenelement (12) mit einem Bolzen (19) drehfest mit der Innenwelle (1 1 ) verbunden ist, wobei der Bolzen (19) durch eine Öffnung (20) in der Außenwelle (10) geführt ist, und wobei die Lagerung (13) axial benachbart zum Bolzen (19) bzw. zur Öffnung (20) angeordnet ist.
8. Verstellbare Nockenwelle (1 ) nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Nockenelement (12) einen Nockenbund (21 ) aufweist, der seitlich an einem Grundkörper (22) des Nockenelementes (12) angeformt ist, wobei die Wälzkörper (15) in der Länge auf die Breite des Grundkörpers (22) begrenzt sind.
9. Verstellbare Nockenwelle (1 ) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Nockenbund (21 ) und der Außenseite (14) der Außenwelle (10) ein Gleitkontakt insbesondere unter Bildung eines Gleitlagers ausgebildet ist.
10. Verstellbare Nockenwelle (1 ) nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Lagerkäfig vorgesehen ist, in dem die Wälzkörper (15) insbesondere selbsthaltend aufgenommen sind.
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