DE102010053359A1

DE102010053359A1 - Schiebenockensystem mit Schiebenuten und Arretierungen

Info

Publication number: DE102010053359A1
Application number: DE102010053359A
Authority: DE
Inventors: Andreas Nendel
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2010-12-03
Filing date: 2010-12-03
Publication date: 2012-06-06
Also published as: CN103237962B; WO2012072305A1; CN103237962A; US20130228039A1

Abstract

Schiebenockensystem mit Schiebenocken (1), die auf einer Grundwelle, vorzugsweise auf einer als Nockenwelle einer Hubkolbenbrennkraftmaschine dienenden Welle, drehfest aber axial verschiebbar angeordnet sind, mit einer zumindest einen ausfahrbaren Aktorstift (6) aufweisenden, vorzugsweise elektromagnetisch betätigbaren Vorrichtung zur Verstellung der Schiebenocken in unterschiedliche axiale Positionen mittels mit dem Aktorstift (6) zusammen wirkenden Verschiebenuten (3) am Umfang der Schiebenocken, wobei die Verstellvorrichtung (5) ortsfest an einem Bauteil der Brennkraftmaschine angeordnet ist, und mit einer Vorrichtung zur Arretierung der Schiebenocken (1) in den unterschiedlichen axialen Positionen, wobei die Arretiervorrichtung zumindest je eine der axialen Position zugeordnete Ausnehmung aufweist, wobei die Ausnehmungen als Arretiernuten (2) am Umfang der Schiebenocken (1) ausgebildet sind und wobei der Ein- und der Ausfahrbereich der Verschiebenuten (3) in den Ebenen zweier benachbarter Arretiernuten (2) liegen.

Description

Die Erfindung betrifft ein Schiebenockensystem mit Schiebenocken, die auf einer Grundwelle, vorzugsweise auf einer als Nockenwelle einer Hubkolbenbrennkraftmaschine dienenden Welle, drehfest aber axial verschiebbar angeordnet sind, mit einer zumindest einen ausfahrbaren Aktorstift aufweisende, vorzugsweise elektromagnetisch betätigbare Vorrichtung zur Verstellung der Schiebenocken in unterschiedliche axiale Positionen mittels mit dem Aktorstift zusammen wirkenden Verschiebenuten am Umfang der Schiebenocken, wobei die Verstellvorrichtung ortsfest an einem Bauteil der Brennkraftmaschine angeordnet ist, und mit einer Vorrichtung zur Arretierung der Schiebenocken in den unterschiedlichen axialen Positionen, wobei die Arretiervorrichtung zumindest je eine der axialen Position zugeordnete Ausnehmung aufweist.
Hintergrund der Erfindung
Ein derartiges Schiebenockensystem ist aus der EP-0 798 451 A1 bekannt. Die Schiebenocken dieses Systems werden über Verschiebenuten auf der Welle so verschoben, dass nebeneinander positionierte Nockenscheiben verschiedenen Hubs die Gaswechselventile über Betätigungselemente entsprechend steuern. Zur Arretierung des Schiebenockens in den verschiedenen axialen Positionen entsprechend der Ausrichtung der Nockenscheiben zu dem Betätigungselement ist zwischen der Welle und den Schiebenocken Arretiervorrichtungen vorgesehen, die aus Bohrungen in der Welle mit dort angeordneten Federn und Arretierkörpern und zugeordneten Ausnehmungen am Innenumfang der Schiebenocken bestehen.
Durch diese Bohrungen wird die Welle in jedem Bereich der Schiebenocken geschwächt, so dass eine nicht unerhebliche Gefährdung der Welle, die durch starke Wechselkräfte belastet ist, erfolgt.
Des Weiteren besteht bei derartigen Schiebenockensystemen das Problem, dass die Toleranzkette zwischen dem Aktor bzw. Aktorstift und der Verschiebenut verhältnismäßig groß ist. Die führt zu großen Einlaufbereichen für den Aktorstift und somit zu breiten Schiebenocken.
Des Weiteren ist eine nicht unerhebliche Axialkraft zwischen Aktorstift und Verschiebenut erforderlich, um die Schiebenocken aus der Arretierung zu verschieben, wobei der Arretierkörper über die Flanke der Ausnehmung gegen die Kraft der Feder bewegt werden muss.
Aufgabe der Erfindung
Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein Schiebenockensystem der beschriebenen Art so zu verbessern, dass die federbelastete Arretiervorrichtung entfällt und das Schiebenockensystem für kleine Abstände der Zylinder bzw. der Gaswechselventile der Hubkolbenbrennkraftmaschine benutzt werden kann. Diese Maßnahmen sollen mit einfachen, kostengünstigen Mitteln erreicht werden.
Zusammenfassung der Erfindung
Die Aufgabe der Erfindung wird dadurch gelöst, dass die Ausnehmungen als Arretiernuten am Umfang der Schiebenocken ausgebildet sind und dass der Ein- und der Ausfahrbereich der Verschiebenuten in den Ebenen zweier benachbarter Arretiernuten liegen. Dadurch erfolgt sowohl die Arretierung des Schiebenockens als auch die Verschiebung desselben auf der Welle mit der Verstellvorrichtung. Um die axiale Verschiebung des Schiebenockens einzuleiten, taucht der Aktorstift bei Erreichen des Einfahrbereichs der Verschiebenocken in die Verschiebenuten ein, die tiefer als die Arretiernuten liegen, so dass dann eine Verschiebung des Schiebenockens erfolgt. Die Verschiebenut durchdringt dabei den Bereich zwischen den beiden benachbarten Arretiernuten. Diese Kreuzung erfolgt zweimal für die Hin- und Rückbewegung des Schiebenockens zwischen zwei benachbarten Nockenscheiben. Dort befindet sich dann auch eine seitliche Öffnung der Flanken der Arretiernuten und eine kurze Strecke ohne seitliche Führung in der Arretiernut. Der Verschiebenocken befindet sich aber während dieser Phase im Grundkreis des Nockenhubes, d. h. das Betätigungselement und die Gaswechselventile werden in diesem Bereich nicht betätigt. Dadurch wirken zu diesem Zeitpunkt die geringsten Axialkräfte auf den Verschiebenocken, so dass die Führungslücke für die Arretierung des Schiebenockens unschädlich ist.
Da somit die Arretiervorrichtung mit Feder, Arretierelement, Ausnehmungen und vor allem Bohrungen entfällt, sind auch die Querkräfte, die auf den Aktorstift und die Verschiebenutflanken wirken, geringer. Des Weiteren kann ein längerer Verschiebebereich gewählt werden, um ebenfalls die Kräfte auf den Aktorstift und die Verschiebenut zu verringern.
In vorteilhafter Weise sind die Breite der Verschiebenut und die Breite der Arretiernut gleich ausgebildet, so dass mittels desselben Aktorstiftes beide Nuten kontaktiert werden können.
Der Aktorstift ist in vorteilhafter Weise in der Verstellvorrichtung so angeordnet, dass er in der Basisstellung, die normalerweise dem stromlosen Zustand der Verstellvorrichtung entspricht, mit den Arretiernuten bez. deren Flanken in Wirkverbindung steht und in einer Ausfahrstufte die Verschiebenuten kontaktiert. Dadurch ist nur eine einfache Aktivierung des Aktorstiftes von Nöten.
Um den Materialaufwand an den Schiebenocken und damit das Gewicht gering zu halten, werden die Arretiernuten durch scheibenförmige Führungskonturen gebildet, die auf einem im Wesentlichen kreiszylindrischen Umfangsbereich des Verschiebenockens angeordnet sind.
In einer alternativen Ausgestaltung der Erfindung wird vorgeschlagen, dass die Verstellvorrichtung Arretierelemente aufweist, die mit den Arretiernuten in Wirkverbindung stehen. Die Arretierelemente sind dabei in vorteilhafter Weise als Hülsen ausgebildet, die die Aktorstifte umgeben. Diese Hülsen übernehmen die Führung des Schiebenockens in den Arretiernuten. Es ist daher möglich, dass die Breite der Arretiernuten in diesem Fall größer ist als die Breite der Verschiebenuten, da die Hülsen eine gewisse Wandstärke um die Aktorstifte aufweisen können.
Die Hülsen können aber auch im Bereich der Arretiernuten seitliche Abflachungen aufweisen, die bis zum Umfang der Aktorstifte reichen. Dann können die Nuten die gleiche Breite aufweisen.
Da die Hülsen vor und hinter den Aktorstiften Abflachungen, also Führungsflächen aufweisen, wird die Führung der Schiebenocken verbessert, da dadurch in Umfangrichtung eine längere Führung der Hülsen in den Arretiernuten gegeben ist.
Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung, d. h. Positionierung der Schiebenocken über die Flanken der Arretiernuten, werden die Positions- und Fertigungstoleranzen so reduziert, dass auch die Verschiebenut eine optimale Beschleunigung für die Axialbewegung aufweisen kann.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Zur weiteren Erläuterung der Erfindung wird auf die Zeichnungen verwiesen, in denen Ausführungsbeispiele der Erfindung vereinfacht dargestellt sind. Es zeigen:
1: eine perspektivische Ansicht eines Abschnitts eines Schiebenockens mit zwei Arretiernuten und einer Verschiebenut,
2: eine perspektivische Ansicht ähnlich 1 mit einer Verschiebenut in die Gegenrichtung,
3: eine Seitenansicht eines Ausschnitts ähnlich 2 mit einem Aktorstift und einem Teil einer Verstellvorrichtung,
4: eine Ansicht entsprechend 3 mit ausgefahrenem Aktorstift,
5: eine Ansicht entsprechend den 1 und 2 in einer anderen Drehstellung,
6: ein Schnitt durch 5 gemäß der Linie A-A,
7: eine Ansicht eines Schiebenockens mit Verstellvorrichtung und zwei Aktorstiften,
8: eine Ansicht entsprechend 7 in vergrößertem Maßstab und
9: eine perspektivische Ansicht eines Teils der Verstellvorrichtung mit Aktorstiften und Hülsen.
Detaillierte Beschreibung der Zeichnungen
In den 1 bis 9 ist, soweit im Einzelnen dargestellt, mit 1 ein Schiebenocken bezeichnet, der, wie insbesondere in den 7 und 8 dargestellt, beidseitig des Verstell- und Arretierbereichs Nockenscheiben mit unterschiedlichem Hub, aber gleichen Grundkreisen, aufweist. Der Schiebenocken 1 weist weiterhin zwischen den Nockenscheiben Arretiernuten 2 und Verschiebenuten 3 auf. Die Arretiernuten 2 sind durch Führungskonturen 4 begrenzt, die aus einem zylindrischen Bereich des Schiebenockens 1 hervortreten. Zwischen zwei benachbarten Arretiernuten 2 sind die Verschiebenuten 3 eingearbeitet, um ein Verschieben der Schiebenocken 1 auf einer nicht dargestellten Welle zu bewirken, damit die Nockenscheiben einzeln mit nicht dargestellten Betätigungselementen in Wirkverbindung gebracht werden können, um an den Gaswechselventilen entsprechende Erhebungsbewegungen zu initiieren. Die Verschiebenuten 3 sind, wie insbesondere den 4 und 5 zu entnehmen ist, auf einem gegenüber den Arretiernuten tiefer liegenden Umfangsbereich der Verschiebenocken 1 eingearbeitet.
Mit 5 ist weiterhin eine Verstellvorrichtung bezeichnet (siehe insbesondere 7), die elektromagnetisch betätigte Aktorstifte 6 aufweist, die dauerhaft in die Arretiernuten reichen und zusätzlich in einer weiteren Ausfahrstufe auch in die Verschiebenuten 3 eingreifen können. In den 3 und 4 ist zur Verdeutlichung des erfinderischen Vorschlags je ein Aktorstift 6 dargestellt, während die Verstellvorrichtung 5 gemäß den 7 bis 9 zwei Aktorstifte 6 aufweist. Wie in den 7 bis 9 dargestellt, umschließen Hülsen 7 die Aktorstifte 6 und ragen in die Arretiernuten 2 hinein. In dem Ausführungsbeispiel gemäß den 7 bis 9 weisen die Hülsen 7 seitliche Abflachungen 8 auf, die bis zum Umfang der Aktorstifte 6 reichen.
Wie den 1 bis 8 zu entnehmen ist, weisen die Führungskonturen 4 Unterbrechungen auf, die den Durchgang der Verschiebenut 3 von einer Arretiernut 2 in die andere Arretiernut 2 und einen Durchgang des Basisbereichs eines Aktorstiftes 6 oder einer Hülse 7 erlauben.
Da die Verschiebung des Schiebenockens 1 dann erfolgt, wenn das nicht dargestellte Betätigungselement sich im Grundkreis der Nockenscheiben und des Verschiebenockens 1 befindet, sind auch die Unterbrechungen diesem Umfangsbereich zugeordnet. In diesem Umfangsbereich liegt aber die geringste Axialbelastung des Schiebenockens, so dass die Unterbrechung der Führungskonturen problemlos ist. Weiterhin ist der Schiebenocken 1 über die Verschiebenut 3 in diesem Bereich exakt geführt. Darüber hinaus entsteht durch die Abflachungen 8 der Hülsen 7 ein verlängerter Führungsbereich an den Führungskonturen 4, so dass auch bei Stillstand der Brennkraftmaschine aufgrund von thermischen Verschiebungen, keine Probleme bestehen, die mit den Auslaufschrägen 9 an den Führungskonturen 4 nicht zu kompensieren wären.
Darauf hingewiesen sei noch, dass die Verwendung von zwei Aktorstiften mit und ohne Arretierelementen zu einer Verringerung der Breite des Arretiernutenbereichs führen kann, da zur axialen Führung des Verschiebenockens 1 eine einzige Führungskontur 4 (siehe z. B. 8) ausreicht, die von Arretierelementen, z. B. den Hülsen 7, oder den Aktorstiften 6 umschlossen wird.
Bezugszeichenliste

1: Schiebenocken
2: Arretiernuten
3: Verschiebenuten
4: Führungskonturen
5: Verstellvorrichtung
6: Aktorstifte
7: Hülsen
8: Abflachungen
9: Auslaufschrägen

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

EP 0798451 A1 [0002]

Claims

Schiebenockensystem mit Schiebenocken (1), die auf einer Grundwelle, vorzugsweise auf einer als Nockenwelle einer Hubkolbenbrennkraftmaschine dienenden Welle, drehfest aber axial verschiebbar angeordnet sind, mit einer zumindest einen ausfahrbaren Aktorstift (6) aufweisenden, vorzugsweise elektromagnetisch betätigbaren Vorrichtung zur Verstellung der Schiebenocken in unterschiedliche axiale Positionen mittels mit dem Aktorstift (6) zusammen wirkenden Verschiebenuten (3) am Umfang der Schiebenocken (1), wobei die Verstellvorrichtung (5) ortsfest an einem Bauteil der Brennkraftmaschine angeordnet ist, und mit einer Vorrichtung zur Arretierung der Schiebenocken (1) in den unterschiedlichen axialen Positionen, wobei die Arretiervorrichtung zumindest je eine der axialen Position zugeordnete Ausnehmung aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausnehmungen als Arretiernuten (2) am Umfang der Schiebenocken (1) ausgebildet sind und dass der Ein- und der Ausfahrbereich der Verschiebenuten (3) in den Ebenen zweier benachbarter Arretiernuten (2) liegen.
Schiebenockensystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Verschiebenuten (3) in einem gegenüber den Arretiernuten (2) tiefer liegenden Umfangsbereich der Verschiebenocken (1) angeordnet sind.
Schiebenockensystem nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Aktorstifte (6) in einer Basisstellung mit den Arretiernuten (2) in Wirkverbindung steht und in einer Ausfahrstufe die Verschiebenuten (3) kontaktieren.
Schiebenockensystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Arretiernuten (2) durch scheibenförmige Führungskonturen (4) gebildet sind.
Schiebenockensystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Breite der Verschiebenuten (3) der Breite der Arretiernuten (2) entspricht.
Schiebenockensystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Verstellvorrichtung (5) Arretierelemente aufweist, die mit den Arretiernuten (2) in Wirkverbindung stehen.
Schiebenockensystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Arretierelemente als Hülsen (7) ausgebildet sind, die die Aktorstifte (6) umschließen.
Schiebenockensystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Hülsen (7) in dem den Führungskonturen (4) benachbarten Bereichen seitliche Abflachungen (8) aufweisen.
Schiebenockensystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Abflachungen (8) bis zum Umfang der Aktorstifte (6) reichen.