Im gesamten Maschinenbau gibt es nur wenige Mechanismen, die so unverzichtbar sind wie der Nocken und der dazugehörige Nockenfolger.
Sie vereinfachen nicht nur komplexe Aufgaben, sondern bilden auch das Fundament zahlreicher industrieller Prozesse.
Dieser Blogbeitrag geht der Frage nach, wofür ein Nockenfolger eingesetzt wird, und gibt zugleich einen umfassenden Überblick über seine wesentlichen Funktionen.
Was ist ein Nockenfolger?
Ein Nockenfolger ist im Maschinenbau speziell dafür ausgelegt, dem Profil der Nockenflanke zu folgen.
Er übernimmt eine zentrale Funktion, indem er die hin- und hergehende Bewegung des Nockens in eine kontrollierte lineare Bewegung umsetzt.
Diese Umwandlung wird durch den direkten Kontakt des Nockenfolgers mit dem charakteristischen Flankenprofil des Nockens ermöglicht.
Die Besonderheit eines Nockenfolgers liegt darin, komplexe Ausgangsbewegungen zu erzeugen, die sich an das jeweilige Profil der Nockenflanke anpassen lassen.
Diese Vielseitigkeit stellt sicher, dass Maschinen unterschiedlichste Bewegungsabläufe ausführen können, um verschiedene Betriebsanforderungen zu erfüllen.
Darüber hinaus wird bei einigen Nockenfolger-Anwendungen eine Federbelastung eingesetzt, um den konstanten Kontakt mit dem Nocken sicherzustellen.
Dies ist insbesondere dann von entscheidender Bedeutung, wenn Abweichungen im Nockenprofil auftreten können oder eine unterbrechungsfreie Kraftübertragung für die Effizienz der Maschine unerlässlich ist.
Der federbelastete Mechanismus stellt sicher, dass der Nockenfolger den Kontakt zum Nocken nicht verliert, und gewährleistet so eine gleichmäßige und effiziente Bewegungsübertragung.
Bauarten von Nockenfolgern
Nockenfolger zeichnen sich durch eine große Variantenvielfalt und eine hohe Spezialisierung aus. Ihre Einteilung erfolgt nach den folgenden Kriterien.
Nach der Bauform
Messerkantenfolger: Ein Nockenfolger mit scharfer Spitze, der den Nocken berührt und dadurch zu möglichem Verschleiß aufgrund seiner spitzen Ausführung führen kann.
Rollenfolger: Verfügt an der Spitze über eine Rolle, um die Reibung sowie den Verschleiß der Nocke und stellt damit eine Weiterentwicklung gegenüber der Ausführung mit Messerspitze dar.
Flachstößel: Mit seiner ebenen Kontaktfläche eignet er sich für schnelle Bewegungen, kann bei Fehlausrichtung jedoch hohen Belastungen ausgesetzt sein.
Kugelstößel: Ein Follower mit gewölbter Kontaktfläche, der den Verschleiß reduziert und den Druck gleichmäßig verteilt.
Nach Bewegungsart
Schwingstößel: Wandelt die Drehbewegung der Nocke in eine lineare Schwingbewegung um und erzeugt dadurch eine oszillierende Bewegung.
Hubstößel: Wandelt die Drehbewegung der Nocke in eine lineare Hin- und Herbewegung um.
Nach Bewegungsbahn
Radialstößel: Die Bewegungsbahn dieses Follower verläuft durch den Mittelpunkt der Nocke und wandelt deren Drehbewegung in eine lineare Hubbewegung um.
Versatzstößel: Die Bewegungsbahn dieses Follower weicht von der Zentralachse der Nocke ab und führt zu einer charakteristischen linearen Bewegung.
Nockenfolgerlager
Nockenfolger sind für eine optimale Leistung in hohem Maß auf ihre Lager angewiesen. Der Einsatz von Rollenlagern und Nadellagernermöglicht ihnen die zuverlässige Aufnahme hoher Radialkräfte.
Der rotierende Lagerkern ist entscheidend für eine präzise Kraftübertragung und anspruchsvolle Automatisierungsprozesse.
Auch als Laufrollen bezeichnet, Nockenfolger Lager sind auf hohe Lebensdauer ausgelegt und nehmen stoßartige Belastungen sowie hohe Lasten zuverlässig auf.
Je nach Ausführung können sie über einen flexiblen Kern verfügen und bieten dadurch erhöhten Schutz bei starken Stoßbelastungen.
Diese Lager sind in zwei Hauptausführungen erhältlich:
Bolzenrollen: Ausführung mit integriertem Bolzen, geeignet für die direkte Montage und hohe radiale Belastungen.
Gabelrollen: Auf einer Welle oder einem Bolzen montiert, ideal für Anwendungen mit wechselnder Ausrichtung oder Führungsanforderungen.
Was ist eine Nocke?
Eine Nocke ist ein wesentlicher Bestandteil des Nocken-Folger-Systems und wandelt Drehbewegung in lineare Bewegung um.
In Maschinen ist sie unverzichtbar und arbeitet über ein Mehrpunkt-Hebelsystem, das von einer rotierenden Welle angetrieben wird.
Nockenwellen in Fahrzeugen wandeln die Motorrotation so um, dass Einlass- und Auslassventile angesteuert werden.
Auch außerhalb von Fahrzeugen sind Nocken in Geräten wie Waschmaschinen, Nähmaschinen und Rasensprengern weit verbreitet.
Nockenarten
Die Vielseitigkeit von Nocken zeigt sich in ihren unterschiedlichen Ausführungen.
Nach der Nockenform
Scheibennocke — Diese kompakte Ausführung mit unregelmäßigem Profil arbeitet mit radial geführten Mitnehmern, um definierte Bewegungsabläufe zu erzeugen.
Keilnocke — Diese flache Nocke mit ausgeprägter Schräge bewegt sich linear und versetzt den Mitnehmer abhängig von ihrer horizontalen Bewegung in eine vertikale Oszillation.
Spirale Nocke — Mit einer halbkreisförmigen oder spiraligen Nut wandelt diese Nocke die Drehbewegung in die vertikale Hubbewegung des Mitnehmers um.
Zylindernocke — Diese Nocke rotiert um ihre Achse und weist umlaufende Konturen auf. Sie kann entweder eine eingearbeitete Nut für eine formschlüssige Bewegung besitzen oder die Zylinderoberfläche selbst nutzen, um die Mitnehmerbewegung um eine parallel verlaufende Achse zu ermöglichen.
Herzförmige Nocke — Diese an ein asymmetrisches Herz erinnernde Nocke nutzt den Anpressdruck der Rolle zur Stabilisierung der Nocke.
Übersetzende Nocken — Bei horizontaler Drehung führen diese Nocken einen federunterstützten Abtaster. Nuten-Nocken können die Feder in manchen Fällen ersetzen.
Schneckenfallnocken — In Zeitmessern wie Chronographen eingesetzt, führt er den Abtaster über mehr als 24 Stunden in einer spiralförmigen Bewegung.
Kopplungsnocken — Diese Ausführung besteht aus zwei unabhängig rotierenden Nocken; der Abtaster erkennt Profilabweichungen anhand von Winkeländerungen.
Globoidnocken — Obwohl zylindrisch aufgebaut, weist er einen konvexen oder konkaven Umfang auf; seine bearbeiteten Nuten führen den Abtaster in einer schwenkenden Bewegung.
Kugelnocken — Mit kugelförmiger Geometrie verfügt er über eine Direktkontakt-Nut zum Abtaster, der beim Drehen des Nockens eine definierte Position umläuft.
Nach der Bewegung des Abtasters
Ruhen-Heben-Ruhen-Rücklauf-Nocken — Innerhalb einer einzigen Nockenumdrehung verharrt der Abtaster, hebt an, kehrt zurück und verharrt erneut.
Heben-Rücklauf-Heben-Nocken — Der Abtaster durchläuft in einer Umdrehung die Folge Heben, Rücklauf und erneutes Heben.
Ruhen-Heben-Ruhen-Nocken — Der Abtaster verharrt während eines Nockencyklus, hebt an und verharrt anschließend erneut.
Nach der Führung des Abtasters
Vorgespannter Federnocken — Diese Baugruppe enthält im Abtaster eine vorgespannte Druckfeder, um einen gleichmäßigen Nockenkontakt sicherzustellen.
Formschlüssiger Nockenantrieb — Dieser Antrieb arbeitet ohne externe Kraftkomponenten.
Das Funktionsprinzip von Nocken und Abtaster
Ein Nocken ist ein mechanisches Bauteil, das eine hubende oder schwingende Bewegung erzeugt. Der Abtaster wandelt diese anschließend in eine lineare Bewegung um oder leitet sie an ein anderes Maschinenelement weiter.
Nocken sind typischerweise elliptisch oder oval ausgeführt und erzeugen effizient periodische äußere Lasten, wodurch sie für zahlreiche technische Anwendungen unverzichtbar sind.
Ihre Funktionalität beruht auf dem engen Zusammenspiel mit dem Abtaster.
Anwendungen von Nocken und Abtastern
Nocken und Abtaster sind in zahlreichen Anwendungen unverzichtbar, beispielsweise in:
Verbrennungsmotoren: Sie erzeugen die Hubbewegung der Einlass- und Auslassventile.
Spielzeug: Dazu zählen beispielsweise Modelleisenbahnen, die eine periodische Bewegung nutzen.
Industrielle Anlagen: In Drehautomaten werden sie für Werkzeugbewegung und Vorschubantriebe eingesetzt.
Nähmaschinen: Einzelfolgen-Nocken bestimmen unterschiedliche Nahtbilder.
Fachbegriffe zu Nocken und Nockenfolgern
Um das Fachgebiet sicher zu beherrschen, ist es erforderlich, sich mit der Terminologie vertraut zu machen:
Nockenprofil: Die wirksame Oberfläche des Nockens, die direkt mit dem Nockenfolger in Kontakt steht.
Grundkreis: Der kleinste Kreis mit Mittelpunkt auf der Drehachse des Nockens.
Spurpunkt: Er beschreibt die Bewegung des Nockenfolgers und ist für die Nockenauslegung von zentraler Bedeutung.
Teilungskurve: Bahnkurve, die der Spurpunkt während der Bewegung des Nockenfolgers beschreibt.
Teilungspunkt: Punkt mit dem größten Druckwinkel.
Hauptkreis: Kreis, der sowohl an den Grundkreis als auch an die Teilungskurve tangential ist.
Teilkreis: Kreis mit Mittelpunkt im Nockenmittelpunkt, der durch den Teilungspunkt verläuft.
Druckwinkel: Winkel zwischen der Teilungskurve und der Bewegungsrichtung des Nockenfolgers.
Zusammenfassung
Zusammenfassend lässt sich festhalten, dass Nockenfolger im Maschinen- und Anlagenbau eine zentrale Rolle einnehmen.
Diese Komponenten bilden das Rückgrat zahlreicher komplexer Systeme und sichern sowohl Effizienz als auch Präzision.
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