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Die
Erfindung betrifft eine Ventiltriebvorrichtung nach dem Oberbegriff
des Anspruchs 1.
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Aus
der
DE 39 43 426 C1 ist
bereits eine Brennkraftmaschinenventiltriebvorrichtung mit einer ersten
Nockenwelleneinheit, die eine Außenwelle und mit der Außenwelle
verbundene Primärnocken aufweist, mit einer zweiten Nockenwelleneinheit,
die eine in der Außenwelle geführte Innenwelle
und mit der Innenwelle verbundene Sekundärnocken aufweist,
und mit einer Verstelleinheit, die dazu vorgesehen ist, die beiden
Nockenwelleneinheiten gegeneinander zu verstellen, bekannt.
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Der
Erfindung liegt insbesondere die Aufgabe zugrunde, eine kostengünstige
Ventiltriebvorrichtung bereitzustellen. Sie wird gemäß der
Erfindung durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Weitere Ausgestaltungen
ergeben sich aus den Unteransprüchen.
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Die
Erfindung geht aus von einer Ventiltriebvorrichtung, insbesondere
einer Brennkraftmaschinenventiltriebvorrichtung, mit einer ersten
Nockenwelleneinheit, die eine Außenwelle und mit der Außenwelle
verbundene Primärnocken aufweist, mit einer zweiten Nockenwelleneinheit,
die eine in der Außenwelle geführte Innenwelle
und mit der Innenwelle verbundene Sekundärnocken aufweist,
und mit einer Verstelleinheit, die dazu vorgesehen ist, die beiden Nockenwelleneinheiten
gegeneinander zu verstellen.
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Es
wird vorgeschlagen, dass die Verstelleinheit dazu vorgesehen ist,
eine zumindest zweistufig sequentielle Ventilhubumschaltung bereitzustellen. Durch
die zweistufig sequentielle Ventilhubumschaltung kann eine Ausgestaltung
der Ventiltriebvorrichtung zur Umschaltung der Primärnocken
und/oder Sekundärnocken vereinfacht werden. Insbesondere können
dadurch die Kosten einer Herstellung der Primärnocken und/oder
Sekundärnocken reduziert werden, wodurch eine besonders
kostengünstige Ventiltriebvorrichtung bereitgestellt werden
kann. Unter „vorgesehen” soll insbesondere speziell
ausgestattet und/oder ausgelegt verstanden werden. Unter einer „zweistufig
sequentiellen Ventilhubumschaltung” soll insbesondere ein
Schaltvorgang verstanden werden der nacheinander, in zumindest zwei
Schritten, eine Ventilhubumschaltung bewirkt. Unter einem „Schaltvorgang” soll
dabei insbesondere ein axiales Verschieben von zumindest einem Teil
von wenigstens einer der Nockenwelleneinheiten verstanden werden.
Die Primärnocken und/oder Sekundärnocken weisen
vorteilhafterweise zumindest zwei unterschiedliche Nockenkurven
auf, die durch eine axiale Verschiebung zumindest einer der Nockenwelleneinheiten
umgeschaltet werden können und somit eine Ventilhubumschaltung
bereitstellen.
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Weiter
wird vorgeschlagen, dass zumindest eine der Nockenwelleneinheiten
zumindest zwei Wellenelemente aufweist, die dazu vorgesehen sind,
in zumindest einem Schaltvorgang sequentiell nacheinander verschoben
zu werden. Durch die mehrteilige Ausführung der Innenwelle
kann eine sequentielle Ventilhubumschaltung auf einfacher Weise
realisiert werden.
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Insbesondere
ist es vorteilhaft, wenn die Wellenelemente dazu vorgesehen sind,
zumindest einen Teil der Innenwelle auszubilden. Dadurch kann ein
sequentielles Verschieben der Innenwelle, und damit eine sequentielle
Ventilhubumschaltung, auf besonders einfache Weise realisiert werden.
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In
einer weiteren erfindungsgemäßen Ausgestaltung
wird vorgeschlagen, dass die zumindest zwei Wellenelemente drehfest
und axial verschiebbar miteinander verbunden sind. Dadurch kann
auf eine aufwendige getrennte Kopplung der Wellenelemente an eine
Kurbelwelle verzichtet werden, wobei zeitgleich die sequentielle
Verschiebung der mehrteilig ausgeführten Innenwelle vorteilhaft
möglich ist.
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Besonders
bevorzugt ist, dass zumindest eine der Primärnocken und/oder
zumindest eine der Sekundärnocken zumindest zwei Teilnocken
aufweist, die zur Bereitstellung unterschiedlicher Ventilhübe
vorgesehen sind. Durch die Ausbildung der Primärnocken
und/oder der Sekundärnocken als Teilnocken, kann eine Fertigung
der Primärnocken und/oder der Sekundärnocken mit
unterschiedlichen Nockenkurven besonders kostengünstig
erfolgen. Insbesondere kann dadurch auf eine aufwendige Fertigung
von Nocken mit dreidimensional kontinuierlich ineinander übergehenden
Nockenkurven verzichtet werden. Die Teilnocken weisen vorteilhafterweise
zumindest unterschiedliche Hubhöhen auf, wodurch durch
die Verschiebung der Primärnocken und/oder der Sekundärnocken
eine besonders vorteilhafte Ventilhubumschaltung bereitgestellt
wird.
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Außerdem
wird vorgeschlagen, dass die Verstelleinheit zumindest eine Schaltkulisse
umfasst, die dazu vorgesehen ist, in zumindest einem Betriebszustand
zumindest einen Teil der Primärnocken oder einen Teil der
Sekundärnocken axial zu verschieben. Dadurch kann eine
einfache und wartungsarme Verschiebung der Primärnocken
oder der Sekundärnocken erreicht werden. Unter einer „Schaltkulisse” soll insbesondere
eine Ausgestaltung verstanden werden, die eine Drehbewegung des
Wellenelements in eine axiale Kraft zum Verstellen des Wellenelements umsetzt.
Vorzugsweise weist die Schaltkulisse zumindest eine Kulissenbahn
auf, in die vorteilhafterweise ein axial fixierter Schaltpin einspurt,
der mittels der Schaltkulisse die axiale Kraft erzeugt. Im Allgemeinen
kann eine Verschiebung der Wellenelemente auch in einer anderen,
dem Fachmann bekannten, Weise erfolgen, wie beispielsweise mittels
hydrodynamischen, elektronischen und/oder pneumatischen Aktuatoren.
Vorteilhafterweise ist die Schaltkulisse zur sequentiellen Verschiebung
der beiden Wellenelemente der Innenwelle vorgesehen.
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Insbesondere
ist es vorteilhaft, wenn die Schaltkulisse dazu vorgesehen ist,
die zumindest zwei Wellenelemente zur sequentiellen Verschiebung
zumindest teilweise bewegungstechnisch miteinander zu koppeln. Dadurch
kann eine Anzahl von Kulissenbahnen der Schaltkulisse vorteilhaft
gering gehalten werden, wodurch die Schaltkulisse in vorteilhaft
kompakter Form aufgebaut werden kann. Unter „teilweise
bewegungstechnisch miteinander gekoppelt” soll dabei insbesondere
verstanden werden, dass die Schaltkulisse dazu vorgesehen ist, über
ein in die Schaltkulisse eingreifendes Schaltmittel ein Verschieben
der Wellenelemente miteinander zu koppeln. Insbesondere soll darunter
verstanden werden, dass die Schaltkulisse zumindest eine Kulissenbahn
aufweist, die zur sequentiellen Verschiebung beider Wellenelemente
vorgesehen ist.
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Ebenfalls
ist es vorteilhaft, wenn die Ventiltriebvorrichtung eine Formschlusseinheit
aufweist, die dazu vorgesehen ist, zumindest in einem Betriebszustand
die Innenwelle und die Außenwelle zumindest teilweise lösbar
miteinander zu verbinden. Dadurch kann eine Betriebssicherheit auf
einfache Weise gewährleistet werden.
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Außerdem
wird vorgeschlagen, dass die zumindest zwei Nockenwelleneinheiten
zur Ausbildung einer kombinierten Ein- und Auslassnockenwelle vorgesehen
sind. Dadurch kann eine bauraumreduzierte und gewichtsreduzierte
Bauweise erreicht werden. Unter einer „kombinierten Ein-
und Auslassnockenwelle” soll insbesondere eine Nockenwelle
verstanden werden, bei der die Primärnocken und die Sekundärnocken
als koaxial angeordnete Einlassnocken und Auslassnocken ausgebildet
sind. Die kombinierten Ein- und Auslassnockenwelle ist zur Betätigung
von Einlassventilen und Auslassventilen vorgesehen. Zur Ausbildung
einer kombinierten Ein- und Auslassnockenwelle ist es insbesondere
vorteilhaft, wenn die Nockenwelleneinheiten unterschiedliche Ventilbetätigungsphasen
aufweisen. Unter „unterschiedliche Ventilbetätigungsphasen” soll
insbesondere eine Betätigung von Ventilen verstanden werden,
die um einen definierten Winkel zur Bereitstellung unterschiedlicher Öffnungszeiten
zueinander angeordnet sind. Zwei Ventile eines gemeinsamen Zylinders,
wie beispielsweise das Ein- und Auslassventil eines Zylinders, sind
somit zum Beispiel nie gleichzeitig geöffnet. Die Betätigung
der Ventile erfolgt somit immer im gleichen Rhythmus.
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Außerdem
ist es vorteilhaft, wenn die Ventiltriebvorrichtung Verbindungselemente
aufweist, die dazu vorgesehen sind, durch die Außenwelle
hindurch zu greifen und eine feste Verbindung der Innenwelle mit
den Sekundärnocken herzustellen. Dadurch kann eine Verschiebung
der Innenwelle, und somit der Sekundärnocken gegen die
Außenwelle, und somit gegen die Primärnocken besonders
einfach realisiert werden.
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Ferner
ist es vorteilhaft, wenn die Außenwelle den Sekundärnocken
zugeordnete rechteckförmige Wandöffnungen aufweist,
die dazu vorgesehen sind, zumindest einen axialen Verstellweg zur
Ventilhubumschaltung bereitzustellen. Dadurch kann auf einfache
Weise eine axiale Verschiebung der Innenwelle, und damit der Sekundärnocken
ermöglicht werden. Weiter kann dadurch eine Ventilhubumschaltung
ermöglicht werden. Die rechteckförmigen Wandöffnungen
stellen vorteilhafterweise auch einen in Umfangsrichtung gerichteten
Verstellweg zur Phasenverstellung der Nockeinheiten relativ zueinander zur
Verfügung.
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Weitere
Vorteile ergeben sich aus der folgenden Zeichnungsbeschreibung.
In den Zeichnungen sind zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung
dargestellt. Die Zeichnungen, die Beschreibung und die Ansprüche
enthalten zahlreiche Merkmale in Kombination. Der Fachmann wird
die Merkmale zweckmäßigerweise auch einzeln betrachten
und zu sinnvollen weiteren Kombinationen zusammenfassen.
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Dabei
zeigen:
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1 eine
erfindungsgemäße Ventiltriebvorrichtung mit Ein-
und Auslassventilen in einer ersten Schaltstellung,
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2 eine
Außenwelle der Ventiltriebvorrichtung,
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3 eine
Innenwelle der Ventiltriebvorrichtung,
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4 Kulissenbahnen
einer Schaltkulisse,
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5 die
Ventiltriebvorrichtung während eines Schaltvorgangs von
der ersten Schaltstellung in eine zweite Schaltstellung,
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6 die
Ventiltriebvorrichtung in der zweiten Schaltstellung und
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7 eine
alternativ ausgestaltete Ventiltriebvorrichtung für eine
Mehrventiltechnik.
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1 zeigt
eine als Brennkraftmaschinenventiltriebvorrichtung ausgebildete
Ventiltriebvorrichtung zum Steuern von vier in Reihe angeordneten
Zylindern. Die Zylinder umfassen jeweils zumindest ein Einlassventil 32a, 33a, 34a, 35a und
zumindest ein Auslassventil 36a, 37a, 38a, 39a.
Zum Betätigen der Einlassventile 32a, 33a, 34a, 35a und
der Auslassventile 36a, 37a, 38a, 39a weist
die Ventiltriebvorrichtung eine erste Nockenwelleneinheit und eine
zweite Nockenwelleneinheit auf, die miteinander kombiniert sind.
Die erste Nockenwelleneinheit umfasst eine Außenwelle 10a und
mit dieser Außenwelle 10a verbundene Primärnocken 11a, 12a, 13a, 14a.
Die zweite Nockenwelleneinheit weist eine Innenwelle 15a und mit
dieser Innenwelle 15a verbundene Sekundärnocken 16a, 17a, 18a, 19a auf.
Dabei ist die Innenwelle 15a in der Außenwelle 10a geführt.
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Die
zwei Nockenwelleneinheiten bilden eine kombinierte Ein- und Auslassnockenwelle
aus, die je Zylinder eine Ventilbetätigungsphase für
die Einlassventile 32a, 33a, 34a, 35a und
eine Ventilbetätigungsphase für die Auslassventile 36a, 37a, 38a, 39a aufweist.
Betätigungen der Einlassventile 32a, 33a, 34a, 35a und
der Auslassventile 36a, 37a, 38a, 39a unterscheiden
sich im Wesentlichen in ihren Betätigungsphasen, die um
ca. 90 Grad zueinander verschoben sind. Zum Steuern der Zylinder
sind einem Zylinder jeweils ein Primärnocken 11a, 12a, 13a, 14a und
ein Sekundärnocken 16a, 17a, 18a, 19a zugeordnet.
Das Auslassventil 36a, 37a, 38a, 39a eines Zylinders
wird von einem Primärnocken 11a, 12a, 13a, 14a und
das Einlassventil 32a, 33a, 34a, 35a von
einem benachbarten Sekundärnocken 16a, 17a, 18a, 19a betätigt.
Zum Steuern der vier Zylinder weist die Ventiltriebvorrichtung vier
Primärnocken 11a, 12a, 13a, 14a und
vier Sekundärnocken 16a, 17a, 18a, 19a auf.
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Zum
Verstellen der Nockenwelleneinheiten gegeneinander weist die Ventiltriebvorrichtung
eine Verstelleinheit 22a auf, die zwei Funktionen umfasst. Eine
erste Funktion der Verstelleinheit 22a ist als eine Phasenverstellung
der beiden Nockenwelleneinheiten ausgebildet. Die Verstelleinheit 22a ist
insbesondere dazu vorgesehen, eine relative Phase der beiden Nockeneinheiten
zueinander einzustellen. Zur Einstellung der Phase kann die Verstelleinheit 22a beispielsweise
zumindest einen Versteller aufweisen, der wirkungsmäßig
zwischen den beiden Nockeneinheiten angeordnet ist. Grundsätzlich
ist auch eine Ausgestaltung mit zwei unabhängig voneinander
einstellbaren Verstellern denkbar, die wirkungsmäßig
jeweils zwischen einer Kurbelwelle und einer der Nockeneinheiten
angeordnet sind. Als Versteller können dabei Flügelzellenversteller
verwendet werden.
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Eine
zweite Funktion der Verstelleinheit 22a ist als eine axiale
Verschiebung der ersten Nockenwelleneinheit relativ zu der zweiten
Nockenwelleneinheit ausgebildet, durch die eine zweistufig sequentielle
Ventilhubumschaltung bereitgestellt ist. Mittels der Verstelleinheit 22a kann
ein Ventilhub für die Einlassventile 32a, 33a, 34a, 35a umgeschaltet werden.
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Die
Außenwelle 10a ist als eine Hohlwelle ausgebildet,
die drehfest und axial fest mit den Primärnocken 11a, 12a, 13a, 14a verbunden
ist (vgl. 2). Die Primärnocken 11a, 12a, 13a, 14a weisen eine
Nockenkurve auf, die für eine Betätigung der Auslassventile 36a, 37a, 38a, 39a vorgesehen
ist. Zur Lagerung umfasst die Außenwelle 10a zumindest
eine antriebsseitige erste Lagerstelle 40a und eine antriebsabgewandte
zweite Lagerstelle 41a. Die erste Lagerstelle 40a ist
für ein Festlager vorgesehen. Die zweite Lagerstelle 41a ist
für ein Loslager vorgesehen. Weitere Lagerstellen 42a sind
zwischen den beiden Lagerstellen 40a, 41a vorgesehen.
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Die
Sekundärnocken 16a, 17a, 18a, 19a sind drehbar
und axial verschiebbar auf der Außenwelle 10a gelagert.
Die in der Außenwelle 10a geführte Innenwelle 15a ist
mehrteilig ausgeführt (vgl. 3). Sie
umfasst einen Antriebsflansch 43a, der wirkungsmäßig
mit einer nicht näher dargestellten Kurbelwelle gekoppelt
ist, und zwei Wellenelemente 20a, 21a, die jeweils
mit den Sekundärnocken 16a, 17a, 18a, 19a gekoppelt
sind. Die Sekundärnocken 16a, 17a, 18a, 19a weisen
jeweils zwei Teilnocken auf, die jeweils unterschiedliche Nockenkurven
bereitstellen. Durch die axiale Verschiebung der Innenwelle 15a,
und damit auch der Sekundärnocken 16a, 17a, 18a, 19a, wird
eine Ventilhubumschaltung vorgenommen. Durch die Ausbildung der
Sekundärnocken 16a, 17a, 18a, 19a als
Einlassnocken wird bei einer Ventilhubumschaltung insbesondere ein
Ventilhub für Einlassventile 32a, 33a, 34a, 35a der
einzelnen Zylinder umgeschaltet.
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Die
zwei Wellenelemente 20a, 21a der Innenwelle 15a sind
axial verschiebbar und drehfest miteinander verbunden. Die Sekundärnocken 16a, 17a, 18a, 19a sind
jeweils paarweise mit einem der Wellenelemente 20a, 21a gekoppelt.
Zur festen Verbindung der Innenwelle 15a mit den Sekundärnocken 16a, 17a, 18a, 19a umfasst
die zweite Nockenwelleneinheit Verbindungselemente 23a, 24a, 25a, 26a,
die durch die Außenwelle 10ahindurch die Wellenelemente 20a, 21a jeweils
drehfest und axial fest mit den zugehörigen Sekundärnocken 16a, 17a, 18a, 19a verbinden.
Die Verbindungselemente 23a, 24a, 25a, 26a sind
in diesem Ausführungsbeispiel als Bolzen ausgeführt.
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Die
Außenwelle 10a weist Wandöffnungen 27a, 28a, 29a, 30a auf,
durch die jeweils eines der Verbindungselemente 23a, 24a, 25a, 26a hindurchgeführt
ist. Die vier Wandöffnungen 27a, 28a, 29a, 30a sind
rechteckförmig ausgebildet. Die Verbindungselemente 23a, 24a, 25a, 26a greifen
durch die Wandöffnungen 27a, 28a, 29a, 30a in
der Außenwelle 10a. Eine Größe
der Wandöffnung 27a, 28a, 29a, 30a korrespondiert
in Umfangsrichtung mit der zwischen den Nockenwelleneinheiten einstellbaren
Phase. In axialer Richtung korrespondiert die Größe
der Wandöffnung 27a, 28a, 29a, 30a mit
einem axialen Verstellweg 60a zur Ventilhubumschaltung.
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Die
Wellenelemente 20a, 21a der Innenwelle 15a werden
mittels der Verstelleinheit 22a in einem Schaltvorgang
sequentiell nacheinander verschoben. Um die Wellenelemente 20a, 21a,
und damit auch die Sekundärnocken 16a, 17a, 18a, 19a,
zu bewegen weist die Verstelleinheit 22a ein erstes und
ein zweites Schaltmittel auf, die mittels einer Schaltkulisse 31a die
Wellenelemente 20a, 21a verschieben können.
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Das
erste Schaltmittel weist einen ersten Aktuator und ein erstes Schaltelement
auf. Das Schaltelement ist teilweise als ein Schaltpin ausgeformt, der
in einer Schaltstellung des ersten Schaltelements ausgefahren ist.
In der Schaltstellung greift der Schaltpin in eine erste Kulissenbahn 44a der
Schaltkulisse 31a ein (vgl. 4). Mittels
des ersten Schaltmittels und der ersten Kulissenbahn 44a können
die Wellenelemente 20a, 21a in eine erste Schaltrichtung verschoben
werden.
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Das
zweite Schaltmittel ist analog ausgeführt. Es weist einen
zweiten Aktuator und ein zweites Schaltelement, das ebenfalls teilweise
als ein Schaltpin ausgeformt ist, auf. Der Schaltpin greift in der
Schaltstellung in eine zweite Kulissenbahn 45a der Schaltkulisse 31a ein.
Mittels des zweiten Schaltmittels und der zweiten Kulissenbahn 45a können
die Wellenelemente 20a, 21a in eine zweite, der
ersten Schaltrichtung entgegengesetzten Schaltrichtung verschoben
werden.
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Die
Kulissenbahnen 44a, 45a, mittels denen die Wellenelemente 20a, 21a verschoben
werden, sind als nutförmige Vertiefungen ausgeführt.
Zur Ausbildung der Kulissenbahnen 44a, 45a weist
die Schaltkulisse 31a zwei Kulissenbahnelemente 46a, 47a auf,
die jeweils mit einem der Wellenelemente 20a, 21a fest
verbunden sind. Die Kulissenbahnen 44a, 45a sind
direkt in die Kulissenbahnelemente 46a, 47a eingebracht.
Um die Wellenelemente 20a, 21a sequentiell zu
verschieben, sind die Kulissenbahnelemente 46a, 47a in
einem Bereich, in dem sie aneinandergrenzen, L-förmig und
axial sich überschneidend ausgeführt. In Umfangsrichtung
nimmt im Bereich der Kulissenbahnen 44a, 45a jedes
Kulissenbahnelement 46a, 47a einen Drehwinkel
von 180° Grad ein. Die Kulissenbahnen 44a, 45a,
die sich über einen Drehwinkel größer
als 360° Grad erstrecken, sind jeweils zum Teil auf dem
Wellenelement 20a und zum Teil auf dem Wellenelement 21a angeordnet.
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Beide
Kulissenbahnen 44a, 45a weisen eine Grundform
mit einer zweifach S-förmigen Struktur auf (vgl. 4).
Die Kulissenbahnen 44a, 45a umfassen je ein Einspursegment 48a, 49a zum
Einspuren der Schaltpins, je zwei Schaltsegmente 50a, 51a, 52a, 53a zum
sequentiellen Verschieben der Kulissenbahnelemente 46a, 47a und
je ein Ausspursegment 54a, 55a mittels dem die
Schaltelemente wieder eingefahren werden. Die Schaltsegmente 50a, 51a, 52a, 53a sind
jeweils vollständig auf einem der Kulissenbahnelemente 46a, 47a angeordnet,
wobei aufeinander folgende Schaltsegmente 50a, 51a, 52a, 53a wechselweise
auf den Kulissenbahnelementen 46a, 47a angeordnet
sind. Mittels der Schaltsegmente 50a, 51a, 52a, 53a und
einer Drehbewegung der Kulissenbahnelemente 46a, 47a wird
die axiale Kraft zum Schalten der Wellenelemente 20a, 21a bereitgestellt.
Die Schaltsegmente 50a, 51a, 52a, 53a der beiden
Kulissenbahnen 44a, 45a sind dabei für
unterschiedliche Schaltrichtungen vorgesehen. Die Kulissenbahnelemente 46a, 47a sind
jeweils fest mit den benachbart angeordneten Sekundärnocken 17a, 18a verbunden.
Durch die feste Verbindung der Sekundärnocken 17a, 18a mit
dem dazugehörigen Wellenelement 20a, 21a führt
eine axiale Verschiebung der Kulissenbahnelemente 46a, 47a zu
einer axialen Verschiebung des zugehörigen Wellenelements 20a, 21a und
damit zu einer axialen Verschiebung der Sekundärnocken 16a, 17a, 18a, 19a.
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Die
Wellenelemente 20a, 21a sind über die Schaltkulisse 31a bewegungstechnisch
teilweise miteinander gekoppelt. Mittels der Verstelleinheit 22a können
die Wellenelemente 20a, 21a sequentiell verschoben
werden. Die Wellenelemente 20a, 21a werden dabei
in Abhängigkeit von einem Drehwinkel der Ventiltriebvorrichtung
verschoben. In der ersten Schaltrichtung wird zunächst
das Wellenelement 21a verschoben, und anschließend,
wenn das Wellenelement 21a vollständig verschoben
ist, wird das Wellenelement 20a verschoben. In der zweiten
Schaltrichtung wird zunächst das Wellenelement 20a und anschließend
das Wellenelement 21a verschoben. Durch die bewegungstechnische
Kopplung führt eine Verschiebung eines Wellenelements 20a, 21a,
in Abhängigkeit einer Drehzahl der Innenwelle 15a,
zur zeitlich versetzten Verschiebung des anderen Wellenelements 20a, 21a.
Eine Verschiebung von nur einem Wellenelement 20a, 21a,
ohne eine anschließende Verschiebung des anderen Wellenelements 20a, 21a,
ist nicht möglich.
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Das
Wellenelement 21a und das Wellenelement 20a sind
an einer Koppelstelle P' drehfest und axial verschiebbar, beispielsweise
mittels einer Verzahnung, miteinander verbunden. Weiter ist an einer Koppelstelle
P der Antriebsflansch 43a ebenfalls drehfest und axial
verschiebbar, beispielsweise mittels einer Verzahnung, mit dem Wellenelement 20a verbunden.
Ein Drehmoment wird über den Antriebsflansch 43a eingeleitet, über
die Koppelstelle P an das Wellenelement 20a übertragen
und über die Koppelstelle P' an das Wellenelement 21a weitergeleitet.
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Die
beiden Aktuatoren, die die Schaltelemente bewegen, weisen jeweils
eine Elektromagneteinheit zum Ausfahren der Schaltelemente auf.
Die Aktuatoren sind als bistabile Systeme ausgeführt, bei denen
das Schaltelement bei unbestromter Elektromagneteinheit sowohl in
eingefahrenem Zustand als auch in ausgefahrenem Zustand in seiner
Stellung verbleibt. Zum Ausfahren der Schaltelemente wird die entsprechende
Elektromagneteinheit bestromt. Ein Einfahren der Schaltelemente
ist mittels der Kulissenbahnen 44a, 45a realisiert.
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Mittels
der Schaltsegmente 50a, 51a, 52a, 53a sind
zwei verschiedene Schaltstellungen der Wellenelemente 20a, 21a schaltbar.
Die Sekundärnocken 16a, 17a, 18a, 19a weisen
jeweils zwei Teilnocken auf, mittels denen die unterschiedlichen Nockenkurven
der Sekundärnocken 16a, 17a, 18a, 19a bereitgestellt
sind. Die Teilnocken sind den Schaltstellungen der Wellenelemente 20a, 21a zugeordnet.
Die Teilnocken eines Sekundärnockens 16a, 17a, 18a, 19a,
die zur wahlweisen Betätigung von genau einem Einlassventil 32a, 33a, 34a, 35a vorgesehen
sind, sind jeweils unmittelbar benachbart zueinander angeordnet.
Eine Grundkreisphase der Teilnocken eines Sekundärnockens 16a, 17a, 18a, 19a ist jeweils
gleich. Die Schaltsegmente 50a, 51a, 52a, 53a verschieben
die Wellenelemente 20a, 21a jeweils in der Grundkreisphase
der dem entsprechenden Wellenelement 20a, 21a zugeordneten
Sekundärnocken 16a, 17a, 18a, 19a.
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Die
Nockenkurven eines Sekundärnockens 16a, 17a, 18a, 19a unterscheiden
sich im Wesentlichen in einer Hubhöhe. Die kleinen Nockenkurven sind
der ersten Schaltstellung zugeordnet und weisen eine kleine Hubhöhe
auf. Die Großen Nockenkurven sind der zweiten Schaltstellung
zugeordnet und weisen eine große Hubhöhe auf.
Die ersten Teilnocken weisen eine kleine Nockenkurve auf und die zweiten
Teilnocken eine große Nockenkurve. Die Einlassventile 32a, 33a, 34a, 35a welche
mit einem Sekundärnocken 16a, 17a, 18a, 19a mit
zwei Teilnocken unterschiedlicher Nockenkurven betätigt
werden, werden in einer ersten Schaltstellung der Wellenelemente 20a, 21a mit
dem Teilnocken des Sekundärnockens 16a, 17a, 18a, 19a betätigt,
der gegenüber dem benachbarten Teilnocken eine kleinere Hubhöhe
aufweist. In einer zweiten Schaltstellung der Wellenelemente 20a, 21a werden
die dazugehörigen Einlassventile 32a, 33a, 34a, 35a,
welche mit einem Sekundärnocken 16a, 17a, 18a, 19a mit
zwei Teilnocken unterschiedlicher Nockenkurven betätigt werden,
mit dem Teilnocken des Sekundärnockens 16a, 17a, 18a, 19a betätigt,
der gegenüber dem benachbarten Teilnocken eine größere
Hubhöhe aufweist.
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In
der ersten Schaltstellung ist das Wellenelement 20a axial
bis an den Anschlag an dem Antriebsflansch 43a verschoben.
Das Wellenelement 21a ist in der ersten Schaltstellung
axial bis an den Anschlag an das Wellenelement 20a verschoben (vgl. 1).
In der zweiten Schaltstellung ist das Wellenelement 21a axial
bis an einen Anschlag der Außenwelle 10a verschoben.
Das Wellenelement 20a ist in der zweiten Schaltstellung
axial bis an den Anschlag an das Wellenelement 21a verschoben (vgl. 6).
In der ersten Schaltstellung sind den Einlassventilen 32a, 33a, 34a, 35a die
Teilnocken mit dem kleinen Hub und in der zweiten Schaltstellung die
Teilnocken mit dem großen Hub zugeordnet.
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Um
die Wellenelemente 20a, 21a in ihren Schaltstellungen
zu fixieren, umfasst die Ventiltriebvorrichtung eine Formschlusseinheit,
die jeweils zwei, jeweils einem der Wellenelemente 20a, 21a zugeordnete
Druckstücke aufweist. In den Schaltstellungen verbinden
die Druckstücke der Formschlusseinheit die Wellenelemente 20a, 21a der
Innenwelle 15a lösbar mit der Außenwelle 10a.
Die Außenwelle 10a weist an ihrer Innenseite Ausnehmungen
auf, die den Schaltstellungen zugeordnet sind und in die die fest
mit der Innenwelle 15a verbundenen Druckstücke
in den Schaltstellungen eingreifen. Die Formschlusseinheit ist mittels
der Druckstücke als eine Kugelverrastung ausgebildet.
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In
einem Betriebszustand, in dem die Wellenelemente 20a, 21a in
der ersten Schaltstellung geschaltet sind, werden die Einlassventile 32a, 33a, 34a, 35a mittels
der ersten Teilnocken betätigt. Zur Schaltung der Wellenelemente 20a, 21a in
die zweite Schaltstellung, in der die Einlassventile 32a, 33a, 34a, 35a mittels
der zweiten Teilnocken betätigt werden, wird das erste
Schaltmittel in seine Schaltstellung geschaltet, wodurch der erste
Schaltpin in das Einspursegment 48a eingreift. Die Form
des Schaltsegments 50a stellt mittels der Drehbewegung
der Innenwelle 15a eine axiale Kraft bereit, die das Wellenelement 21a und
die mit dem Wellenelement 21a verbundenen Sekundärnocken 18a, 19a in
Richtung der zweiten Lagerstelle 41a verschiebt. Das Wellenelement 21 ist
somit in die zweite Schaltstellung geschaltet während die
Betätigung der Einlassventile 32a, 33a,
die von den übrigen, mit dem Wellenelement 20a gekoppelten
Sekundarnocken 16a, 17a betätigt werden,
unverändert bleibt (vgl. 5). In diesem
Betriebszustand ist der Schaltvorgang der Wellenelemente 20a, 21a zu
Hälfte abgeschlossen. Durch eine weitere Drehbewegung der
Innenwelle 15a wird anschließend das Wellenelement 20a mittels
des ersten Schaltpins und des Schaltsegments 51a in seine
zweite Schaltstellung geschaltet, wodurch auch für die
mit dem Wellenelement 20a gekoppelten Sekundärnocken 16a, 17a die
zweiten Teilnocken geschaltet sind (vgl. 6). Der
Schaltvorgang wird durch das Erreichen des Ausspursegments 54a und
das Einfahren des ersten Schaltpins abgeschlossen. Die Ventilhubumschaltung
erfolgt somit als eine zweistufig sequentielle Ventilhubumschaltung.
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Ein
Schaltvorgang von der zweiten Schaltstellung zurück in
die erste Schaltstellung erfolgt analog, wobei der zweite Schalpin
in die zweite Kulissenbahn 45a eingreift und die Wellenelemente 20a, 21a, angefangen
mit dem Wellenelement 20a, nacheinander in die erste Schaltstellung
verschoben werden. Bei dem Schaltvorgang in die erste Schaltstellung
erfolgt ebenfalls eine zweistufig sequentielle Ventilhubumschaltung.
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In 7 ist
ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung gezeigt.
Zur Unterscheidung der Ausführungsbeispiele ist der Buchstabe
a in den Bezugszeichen des Ausführungsbeispiels in den 1 bis 6 durch
den Buchstaben b in den Bezugszeichen des Ausführungsbeispiels
in der 7 ersetzt. Die nachfolgende Beschreibung beschränkt
sich im Wesentlichen auf Unterschiede zwischen den Ausführungsbeispielen.
Bezüglich gleich bleibender Bauteile, Merkmale und Funktionen
kann auf die Beschreibung und/oder die Zeichnungen des Ausführungsbeispiels
in den 1 bis 6 verwiesen werden.
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7 zeigt
eine analoge Ausführungsform einer als Brennkraftmaschinenventiltriebvorrichtung ausgebildeten
Ventiltriebvorrichtung zum Steuern von vier in Reihe angeordneten
Zylindern. Im Unterschied zum vorangegangenen Ausführungsbeispiel sind
jedem Zylinder zwei Einlassventile und zwei Auslassventile zugeordnet.
Zum Betätigen der Einlassventile und der Auslassventile
weist die Ventiltriebvorrichtung eine erste Nockenwelleneinheit
und eine zweite Nockenwelleneinheit auf, die miteinander kombiniert
sind. Die erste Nockenwelleneinheit umfasst eine Außenwelle 10b und
mit dieser Außenwelle 10b verbundene Primärnocken 11b, 11b', 12b, 12b', 13b, 13b', 14b, 14b'.
Die zweite Nockenwelleneinheit weist eine Innenwelle 15b und
mit dieser Innenwelle 15b verbundene Sekundärnocken 16b, 16b', 17b, 17b', 18b, 18b', 19b, 19b' auf.
Die Primärnocken 11b, 11b', 12b, 12b', 13b, 13b', 14b, 14b' sind
mittels zweier Teilnocken gleicher Nockenkurven und die Sekundärnocken 16b, 16b', 17b, 17b', 18b, 18b', 19b, 19b' mittels
zweier Teilnocken unterschiedlicher Nockenkurven ausgebildet.
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Die
zwei Nockenwelleneinheiten bilden eine kombinierte Ein- und Auslassnockenwelle
aus, die je Zylinder eine Ventilbetätigungsphase für
die Einlassventile und eine Ventilbetätigungsphase für
die Auslassventile aufweist. Die Außenwelle 15b ist
als eine Hohlwelle ausgebildet, in der eine mehrteilig ausgebildete
Innenwelle 15b geführt ist, wobei die Innenwelle 15b aus
einem Antriebsflansch 43b und zwei Wellenelementen 20b, 21b aufgebaut
ist. Dabei sind der Antriebsflansch 43b und die beiden
Wellenelemente 20b, 21b drehfest und axial verschiebbar
miteinander verbunden.
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Zum
Verdrehen und Verschieben der Nockenwelleneinheiten gegeneinander
weist die Ventiltriebvorrichtung eine Verstelleinheit 22b auf.
Zur axialen Verschiebung der Wellenelemente 20b, 21b weist
die Verstelleinheit 22b, eine Schaltkulisse 31b auf,
die die beiden Wellenelemente 20b, 21b sequentiell
in zwei Stufen axial verschiebt.
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Die
Primärnocken 11b, 11b', 12b, 12b', 13b, 13b', 14b, 14b' zur
Betätigung der Auslassventile gleicher Zylinder sind jeweils
unmittelbar benachbart angeordnet und trennen somit die dazugehörigen Sekundärnocken 16b, 16b', 17b, 17b', 18b, 18b', 19b, 19b'.
Die Sekundärnocken 16b', 17b, die Sekundärnocken 17b', 18b und
die Sekundärnocken 18b', 19b sind ebenfalls
unmittelbar benachbart angeordnet, wobei die Sekundärnocken 16b', 17b, 17b', 18b, 18b', 19b für
die Betätigung von Einlassventilen unterschiedlicher Zylinder
zuständig sind. Die unmittelbar benachbarten Sekundärnocken 16b', 17b und
die Sekundärnocken 18b', 19b sind fest
miteinander verbunden. Und die unmittelbar benachbarten Sekundärnocken 17b', 18b sind
mittels der Schaltkulisse 31b verbunden. Zur festen Verbindung der
Innenwelle 15b mit den Sekundärnocken 16b, 16b', 17b, 17b', 18b, 18b', 19b, 19b' umfasst
die zweite Nockenwelleneinheit Verbindungselemente 23b, 24b, 25b, 26b, 56b, 57b die
durch die Außenwelle 10b hindurch die Wellenelemente 20b, 21b jeweils
drehfest und axial fest mit den zugehörigen Sekundärnocken 16b, 16b', 17b, 17b', 18b, 18b', 19b, 19b' verbinden.
Das Verbindungselement 56b ist für die feste Verbindung
der unmittelbar benachbarten Sekundärnocken 16b', 17b und
das Verbindungselement 57b für die feste Verbindung
der unmittelbar benachbarten Sekundärnocken 18b', 19b mit
dem Wellenelement 20b, 21b vorgesehen. Durch eine
solche Anordnung der Primärnocken 11b, 11b', 12b, 12b', 13b, 13b', 14b, 14b' und
Sekundärnocken 16b, 16b', 17b, 17b', 18b, 18b', 19b, 19b' weißt
die Außenwelle 10b im Unterschied zu dem vorangegangenen
Ausführungsbeispiel jeweils drei Wandöffnungen 27b, 28b, 29b, 30b, 58b, 59b auf.
Durch die Wandöffnungen 27b, 28b, 29b, 30b, 58b, 59b sind
die auf der Außenwelle 10b drehbar und verschiebbar
gelagerten Sekundärnocken 16b, 16b', 17b, 17b, 18b, 18b', 19b, 19b' mittels
den Verbindungselement fest mit der Innenwelle 15b verbunden,
wobei die Sekundärnocken 16b', 17b und
die Sekundärnocken 18b', 19b miteinander
gekoppelt sind.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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