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Die
Erfindung betrifft eine verstellbare Nockenwelle, insbesondere für Verbrennungsmotoren von
Kraftfahrzeugen nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
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Eine
solche Nockenwelle ist in der nicht vorveröffentlichen, internationalen
Patentanmeldung PCT/DE 2006/000039 vom 13.01.2006 mit Prioritäten aus
deutschen Voranmeldungen vom 03.02.2005 und 30.08.2005 beschrieben.
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Die
Erfindung beschäftigt
sich mit dem Problem, eine solche Nockenwelle insbesondere durchmessermäßig insgesamt
klein und einfach herstellbar zu gestalten. Dies gilt insbesondere
für denjenigen
axialen Endbereich der Nockenwelle, in der eine hydraulische Stelleinrichtung
für ein
gegenseitiges Verdrehen der aus zwei ineinander gelagerten Wellen
ansetzbar ist. Die Versorgung der hydraulischen Stelleinrichtung
mit die Verstellung bewirkendem Hydrauliköl soll von dem der Verstelleinrichtung
an dem betreffenden Ende der Nockenwelle zugeordneten Nockenwellen-Lager
aus erfolgen. Dabei soll der fest mit der Nockenwelle verbundene
Lagerring insbesondere radial einen möglichst geringen Durchmesser
besitzen können, um
insgesamt eine durchmesserkleine Nockenwelleneinrichtung erhalten
zu können,
das heißt
insbesondere in demjenigen, insoweit kritischen Endbereich, in dem
eine hydraulische Stelleinrichtung ansetzbar ist, die über das
dortige Nockenwellenlager mit hydraulischer Verstell-Flüssigkeit
versorgt werden soll.
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Gelöst wird
dieses Problem bei einer gattungsgemäß verstellbaren Nockenwelle
bereits in erster Linie durch alternative Ausführungen nach den kennzeichnenden
Merkmalen der Patentansprüche
1 und 2.
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Vorteilhafte
und zweckmäßige Ausgestaltungen
sind Gegenstand der abhängigen
Unteransprüche.
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Die
Erfindung beruht insgesamt auf dem allgemeinen Gedanken, bei einer
gattungsgemäßen, verstellbaren
Nockenwelle, die innerhalb der Nockenwelleneinrichtung erforderlichen
Strömungskanäle für die durch
das Nockenwellenlager durch die Nockenwelle hindurch zu der hydraulischen
Verstelleinrichtung zu führende
Hydraulikflüssigkeit
möglichst
raumsparend und einfach herstellbar zu gestalten.
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Bei
der Ausführung
nach Anspruch 1 sind die Hydraulik-Flüssigkeitsströmungskanäle innerhalb der
Nockenwelleneinrichtung und dort innerhalb eines nach radial außen durch
im wesentlichen die Außenwelle
begrenzten Bereich zumindest überwiegend
als Ringkanäle
ausgebildet. Zur Bildung dieser Ringkanäle, das heißt zweier, voneinander getrennter
Kanäle ist
die Innenwelle der Nockenwelle an ihrem, der hydraulischen Stelleinrichtung
zugewandten Ende innerhalb der Außenwelle mit einem gegenüber den übrigen axialen
Bereich geringeren Durchmesser ausgeführt. Dadurch liegt in diesem
Bereich zwischen der Innenwelle und der Außenwelle ein Ringspalt vor.
Dieser Ringspalt kann noch dadurch radial zumindest auf einen axialen
Teilabschnitt vergrößert werden,
dass dort in der Außenwelle
ein axialer Endabschnitt mit einem vergrößerten Innendurchmesser vorgesehen
wird. Zur Erzielung zweier, voneinander getrennter Hydraulikflüssigkeits-Strömungskanäle dient
eine in diesen Ringspalt zwischen äußerer und innerer Welle eingesetzte
Hülse.
Durch eine solche Hülse
kann ein Ringkanal zwischen der Außenwelle und der Hülse einerseits
und ein zweiter, hiervon getrennter Ringkanal zwischen der Hülse und der
Innenwelle andererseits erzeugt werden. Der radial äußere Ringspalt
zwischen der Hülse
und der Außenwelle
kann von dem der hydraulischen Stelleinrichtung zugeordneten Ende
der Nockenwelle aus einen axial geringeren Bereich erfassen als
der radial innenliegende Ringkanal. Dadurch können die beiden Ringkanäle von einem,
sich auf der Außenwelle fest
befindlichen Lagerring aus getrennt mit Hydraulikflüssigkeit
ver- bzw. entsorgt werden. Die hydraulische Stelleinrichtung ist
in an sich bekannter Weise derart ausgebildet, dass die erforderliche
Wellenverstellung durch kontrolliert zu- und abfließende Hydraulikflüssigkeit
erfolgen kann. Die hydraulische Stelleinrichtung ist stirnseitig
derart an das zugeordnete Ende der Nockenwelle angebunden, dass
die erforderliche Hydraulikflüssigkeitszu-
und -abfuhr durch stirnseitig aus der Nockenwelle auslaufende Strömungs- bzw.
Verbindungskanäle
erfolgen kann. Innerhalb der betreffenden Stirnseite der Nockenwelle
sind die Hydraulikflüssigkeits-Verbindungskanäle derart
zu positionieren, dass sie den entsprechenden Zu- und Abflussöffnungen
der ansetzbaren Stelleinrichtung zugeordnet sind. Liegen derartige
Eingangs- bzw. Ausgangsöffnungen
der Stelleinrichtung mit Bezug auf die angeschlossene Nockenwelle
radial relativ weit außen,
so kann es zweckmäßig und
zur Erzielung eines insgesamt kleinen Nockenwellen-Einrichtungsaußendurchmessers
in diesem Bereich erforderlich sein, den radial äußeren Ringkanal innerhalb der
Nockenwelle im stirnseitigen Bereich der Nockenwelle radial durch
die Außenwelle
hindurch in einen außerhalb
der Außenwelle
liegenden Kanal stirnseitig auslaufen zu lassen. Dieser Auslaufkanal bzw.
mehrere dieser Auslaufkanäle
können
zwischen dem Außenumfang
der Außenwelle
und einem auf diesem fest angebrachten Verbindungsflansch zur Befestigung
der hydraulischen Stelleinrichtung angeordnet sein. Der mindestens
eine, betreffende Auslaufkanal kann dabei durch eine einfach herstellbare Ausnehmung
am Außenumfang
der Außenwelle und/oder
dem Umfang des mit der Außenwelle
fest verbundenen Befestigungsflansches für die Verstelleinrichtung vorgesehen
bzw. spanabhebend eingearbeitet und/oder durch Urformung der betreffenden Bauteile
angeformt sein.
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Bei
einer alternativen Ausführung
nach Anspruch 2 sind die durch die Nockenwelleneinrichtung führenden
Hydraulikflüssigkeits-Verbindungskanäle ebenfalls
als Ringkanäle
ausgebildet. Dabei wird jedoch der radial innenliegende Ringkanal zwischen der
Außenwelle
und der Innenwelle durch einen in diesem Bereich verkleinerten Außendurchmesser der
Innenwelle gebildet. Der äußere Ringkanal
wird gebildet zwischen dem Außenumfang
der Außenwelle
und dem Innenumfang eines dort vorgesehen Nockenwellen-Lagerringes,
der einstückig
bzw. zumindest dicht mit einem Befestigungsflansch an der Außenwelle
für die
dort anzubringende Stelleinrichtung vorgesehen ist. Die notwendige
Ringspaltweite kann dabei durch eine radiale Zurücknahme des Außendurchmessers
der Außenwelle
oder durch eine radiale Innendurchmessererweiterung des Lagerringes einschließlich des
Befestigungsflansches erreicht werden.
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Bei
einer hohlen Innenwelle kann einer der beiden, voneinander getrennten
Hydraulikflüssigkeits-Verbindungskanäle durch
den inneren Hohlraum der Innenwelle gebildet werden. In diesem Fall ist
stirnseitig für
einen Auslauf zu der Stelleinrichtung hin aus dem inneren Hohlraum
der Innenwelle zu sorgen. Dies ist konstruktiv ohne weiteres möglich, indem
in das Ende der hohlen Innenwelle eingreifende, fest mit Bauelementen
der Stelleinrichtung vorzusehende Befestigungsmittel hohl ausgeführt werden.
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Ein
besonderer, genereller Aspekt der Erfindung besteht darin, innerhalb
der Nockenwelleneinrichtung zur Führung der Hydraulikflüssigkeit
zwischen einem Lagerring auf der Außenwelle und der stirnseitig
anbringbaren Stelleinrichtung möglichst keine
langen, durchmessermäßig kleinen
Bohrungen zu benötigen,
die technisch nur in äußerst komplizierter
und damit kostspieliger Weise herstellbar sind. Erreicht wird dies
durch Vorsehen der betreffenden Strömungskanäle zwischen jeweils aneinandergrenzenden
Bauteilen, in deren Oberflächen
die betreffenden Kanäle
einfach eingearbeitet beziehungsweise eingeformt werden können. So
können
Kanäle beispielsweise
besonders einfach in einen Bereich zwischen zwei konzentrisch ineinanderliegenden
zylindrischen Bauteilen angebracht werden, wenn ein Umfangsbereich
einer der aneinanderliegenden zylindrischen Flächen einfach auf einem geringen
Bereich abgeflacht wird. Auf diese Weise entsteht im Zusammenspiel
mit dem angrenzenden Teil auf eine denkbar einfache Weise ein Strömungskanal.
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Vorteilhafte,
nachstehend noch näher
erläuterte
Ausführungsbeispiele
sind in der Zeichnung dargestellt.
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In
dieser zeigen
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1a einen
Längsschnitt
durch einen axialen Endabschnitt einer verstellbaren Nockenwelle,
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1b eine Ansicht auf die Stirnseite des Nockenwellenendabschnittes
nach der Darstellung in Abschn. a,
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2a,
b eine alternative Ausführung
zu derjenigen nach 1 in grundsätzlich gleicher Darstellungsart,
wobei die Ansicht nach Figurenabschnitt (b) um 45° gegenüber dem
Schnitt nach Abschnitt (a) verdreht ist,
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3a,
b eine mit 2 vergleichbare Ausbildung mit
einer alternativen Führung
eines der Strömungskanäle in wiederum
gleicher Darstellungsart wie in 1 und 2,
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4 eine
nochmals alternative Ausführung zu
denjenigen nach 1, 2 in wiederum
gleicher Darstellungsart,
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5 eine
perspektivische Darstellung einer nochmals alternativen Ausführung von
Hydraulikflüssigkeits-Verbindungskanälen im Endbereich
einer verstellbaren Nockenwelle.
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1
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Eine
verstellbare Nockenwelle umfasst in dem in 1 dargestellten
axialen Endbereich eine in einer Außenwelle 1 über eine
stirnseitig anschließbare,
nicht dargestellte hydraulische Stelleinrichtung verdrehbar gelagerte
Innenwelle 2. Auf der Außenwelle 1 sitzen
fest aufgebracht erste Nocken 3. Fest mit der Innenwelle 2 verbunden,
das heißt
konkret durch die Außenwelle 1 hindurch
verstiftet sind in der Zeichnung nicht dargestellte zweite Nocken,
die auf der Außenwelle 1 drehbar
gelagert sind. An den axialen Ende der Außenwelle 1 ist fest
aufgesetzt ein Befestigungsflansch 4, an den eine – nicht
dargestellte – hydraulische
Stelleinrichtung angeflanscht werden kann. Derartige, hydraulische
Stelleinrichtungen sind im Stand der Technik bekannt, weshalb diese hier
nicht näher
erläutert
werden müssen.
Zum Verständnis
der vorliegenden Erfindung sei lediglich erwähnt, dass eine solche Stelleinrichtung
Hydraulikkammern enthält,
die zur Erzeugung der erforderlichen Drehverstellung der beiden
Wellen 1 und 2 wechselseitig mit Hydraulikflüssigkeit
beaufschlagt werden müssen.
Diese Hydraulikflüssigkeit
wird durch den Endbereich, der die Außen- und die Innenwelle 1, 2 umfassenden
Nockenwelle zu- und abgeführt.
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Eine
Zu- und Abfuhr durch die Außenwelle 1 erfolgt über radiale Öffnungen 5 und 6.
Diese radialen Öffnungen 5 und 6 kommunizieren
mit zugeordneten Kanälen
in einem fest mit der Außenwelle 2 verbundenen – in der
Zeichnungsfigur 1 nicht dargestellten – Lagerring.
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Innerhalb
der Nockenwelle kommunizieren die radialen Öffnungen 5 und 6 mit
einem inneren Ringkanal 7 und einem äußeren Ringkanal 8.
Als Trennwand zwischen den beiden Ringkanälen 7 und 8 dient
eine Hülse 9,
die fest mit der Außenwelle 1 verbunden
ist. Zur Ausbildung des inneren Ringkanales 7 ist die Innenwelle 2 in
diesem Bereich durchmessermäßig entsprechend
verkleinert. Der äußere Ringkanal 8 liegt
in einem Innenumfangsbereich der Außenwelle 1, in dem
diese durchmessermäßig erweitert
ist. Die Hülse 9 besitzt
an ihren axialen Enden nach radial außen abstehende Ringbunde, mit
denen sie kraftschlüssig
an der Innenumfangsfläche
der Außenwelle 1 anliegt.
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Der
innere Ringkanal 7 mündet
als solcher in die Stirnfläche
der Nockenwelle, an der die nicht gezeichnete hydraulische Stelleinrichtung
anschließbar ist.
Der äußere Ringkanal 8 mündet lediglich über, auf
dem Umfang verteilt angeordnete Verbindungsöffnungen 10 in die
betreffende Anschlussstirnseite der Nockenwelle. Dieser Verbindungsöffnungen 10 sind
in dem stirnseitig gelegenen Ringbund der Hülse 9 vorgesehen.
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In
der Stirnansicht der Nockenwelle nach 1b sind
in dem Befestigungsflansch 4 Anschlussbohrungen 18 zum
Befestigen der nicht gezeichneten, hydraulischen Stelleinrichtung
dargestellt.
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2
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Die
Ausführung
des Nockenwellen-Endbereiches nach 2 entspricht
grundsätzlich
derjenigen nach 1.
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Unterschiedlich
gestaltet ist lediglich der Ausgang des äußeren Ringkanales 8 in
die Anschlussstirnseite der Nockenwelle. Dieser Ausgang erfolgt
hier durch Ausgangskanäle 11,
von denen umfangsmäßig insgesamt
vier beispielsweise vorgesehen sind. Diese Ausgangskanäle 11 befinden
sich zwischen dem Außenumfang
der Außenwelle 1 und dem
Innenumfang des Befestigungsflansches 4. Dabei wird der
entsprechende Strömungsquerschnitt
erzeugt durch einerseits beispielsweise jeweils eine Abflachung 12 an
der Außenwelle 1 sowie
andererseits eine nutartige Ausnehmung 13 in der Innenumfangsfläche des
Befestigungsflansches 4. Die einzelnen Ausgangskanäle 11,
die parallel zur Achse der Nockenwelle verlaufen, sind jeweils über radiale Durchflussöffnungen 14 innerhalb
der Außenwelle 1 miteinander
verbunden.
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Bei
den vorstehend beschriebenen Ausführungen der Nockenwelle nach
den 1 und 2 sind die axialen Strömungskanäle für dort strömende Hydraulikflüssigkeit
jeweils zwischen angrenzenden Bauteilen vorgesehen, wodurch lediglich
oberflächliche
Bauteilbearbeitungen notwendig sind. Insbesondere müssen keine
Bohrungen mit kleinen Durchmessern vorgesehen werden, um radial
geringe Bauvolumen erzielen zu können.
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3
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Die
Ausführung
nach 3 unterscheidet sich von derjenigen nach 2 lediglich
durch einen andersartigen Auslauf des äußeren Ringkanals 8 in Kanäle 11', die geneigt
innerhalb des Befestigungsflansches 4 zur Stirnseite der
Nockenwelle hin verlaufen.
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4
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4 zeigt
eine grundsätzliche
Alternative zu den Ausführungen
nach den 1 und 2. Übereinstimmend
erfolgt auch bei dieser Ausführung ist
die Führung
der Hydraulikflüssigkeit
durch die Nockenwelle über
Ringkanäle
in die Stirnseite der Nockenwelle, an der die hydraulische Stelleinrichtung ansetzbar
ist. Im Unterschied zu den Ausführungen nach
den
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1 und 2 ist
bei derjenigen nach 4 keine Hülse zur Erzeugung zweier, voneinander
getrennter Strömungskanäle innerhalb
der Nockenwelle vorgesehen. Ein innerer und ein äußerer Ringkanal 7', 8'' werden jeweils durch Bereiche
der Innenwelle 2 bzw. Außenwelle 1 gebildet,
die durchmessermäßig verringert
sind. Auf die Besonderheit des Ringkanals 7', der umfangsmäßig nicht umlaufend ausgebildet
ist, wird nachstehend noch näher eingegangen
werden.
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Bei
dem gezeichneten Beispiel ist die Innenwelle 2 hohl ausgebildet.
Grundsätzlich
könnte
die Innenwelle 2 für
die Ausführung
nach 3 auch aus Vollmaterial bestehen.
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In
dem inneren Ringkanal 7' ist
der Ringspalt jeweils in demjenigen Bereich, in dem in diesen die radialen Öffnungen 5 für einzuleitende
Hydraulikflüssigkeit
münden,
nochmals rinnenartig durchmessermäßig zurückgenommen, um dort beim Einströmen der
Hydraulikflüssigkeit
in den inneren Ringkanal 7' einen
möglichst
geringen Druckverlust zu erhalten. Die Hydraulikflüssigkeit
strömt
nämlich
umfangsmäßig lokal
in den inneren Ringkanal 7' ein,
wodurch in dem Einströmungsbereich
ein lediglich geringer Strömungsquerschnitt
vorliegt.
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Der äußere Ringkanal 8' kann an sich
ein umfangsmäßig durchgehender
Ringkanal sein. Bei dem Ausführungsbeispiel
nach 3 liegt allerdings kein umfangsmäßig durchgehender äußerer Ringkanal 8' vor, sondern
dessen Funktion wird übernommen
von einzelnen äußeren Strömungskanälen 15 und
zwar insgesamt von auf den Umfang verteilt vier solchen äußeren Strömungskanälen 15.
Der Strömungsquerschnitt
bei diesen äußeren Strömungskanälen 15 wird
ausschließlich
durch eine in diesem Bereich umfangsmäßig vorgesehene Abflachung 16 an
der Außenwelle 1 gebildet.
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Einer
der beiden Ringkanäle 7', 8' beziehungsweise
die äußeren Strömungskanäle 15 können ersetzt
werden durch den inneren Hohlraum der hohl ausgeführten Innenwelle 2.
In diesem Fall muss der Hohlraum der Innenwelle 2 offen
beziehungsweise mit einer Öffnung
versehen in die Stirnseite der Nockenwelle auslaufen, an der die
hydraulische Stelleinrichtung ansetzbar ist.
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5
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Die
Ausführung
nach 5 stellt eine Abwandlung der Ausführung nach 4 dar.
Dabei besteht diese Abwandlung erfindungsgemäß darin, dass die vier auf
den Umfang verteilten äußeren Strömungskanäle 15 in
einen zu der Stirnseite der Nockenwelle offene Ringnut 17 münden. Hierdurch kann
ein Übertritt
der Hydraulikflüssigkeit
in Aufnahmeöffnungen
einer angeflanschten Stelleinrichtung erfolgen, die umfangsmäßig beliebig
verteilt sein können.
Die Ringnut 17 kann durch Ausnehmungen an der Außenwelle 1,
dem Befestigungsflansch 4 oder an dem Anschlussflansch
der Stelleinrichtung gebildet sein, wobei Ausnehmungen an verschiedenen
dieser Bauteile kumulativ vorliegen können. Ein mit Bezug auf das
erfindungsgemäße Merkmal
der Ringnut 17 hier unwesentliches Merk mal besteht darin,
dass die Innenwelle 2 bei der Ausführung nach 5 im
Gegensatz zu der Innenwelle nach 4 aus Vollmaterial
besteht.
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Alle
in der Beschreibung und in den nachfolgenden Ansprüchen dargestellten
Merkmale können sowohl
einzeln als auch in beliebiger Form miteinander kombiniert erfindungswesentlich
sein.