-
Die Erfindung betrifft einen Ventiltrieb mit einem Schaltelement und einer Schaltkontur für eine Ventilhubumschaltung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
-
Aus der
DE 102005003079 A1 ist bereits ein gattungsgemäßer Ventiltrieb bekannt. Der Ventiltrieb besitzt dabei Nockenstücke, die mehrere unterschiedliche Nockenkonturen aufweisen, die mit einem Hubventil in Wirkverbindung stehen. Die unterschiedlichen Nockenkonturen werden dabei durch axiales Verschieben des Nockenstücks auf der Nockenwelle durch Schaltelemente eingestellt. Die Schaltelemente besitzen Schaltpins, die mit als Schaltnuten ausgeführten Schaltkonturen auf den Nockenstücken wechselwirken und dadurch die Nockenstücke auf der Nockenwelle verschieben. Die Schaltpins haben dabei aus Gründen der Fertigungstoleranzen Spiel in den Schaltnuten. Das Spiel erlaubt Relativbewegungen der Schaltpins in den Schaltnuten, die zu Kraftspitzen und Verschleiß führen. Um dies zu minimieren, muss das Spiel möglichst klein gehalten werden, was zu hohem fertigungstechnischen Aufwand, z.B. Einhaltung geringer Toleranzen, führt. Diese aufwändige und zeitintensive Bearbeitung führt zu erhöhten Kosten.
-
Aus der
DE 102007054978 A1 ist ebenfalls ein gattungsgemäßer Ventiltrieb bekannt. Der Ventiltrieb besitzt dabei mindestens ein Nockenstück, das mehrere unterschiedliche Nockenkonturen aufweist, die mit einem Hubventil in Wirkverbindung stehen. Die unterschiedlichen Nockenkonturen werden dabei durch axiales Verschieben des Nockenstücks auf der Nockenwelle durch ein Schaltelement eingestellt. Die
3 zeigt eine Schaltkontur, die im Gegensatz zur
DE 102005003079 A1 nicht als Schaltnut sondern als Kulissenbahn mit Positivprofil ausgeführte Schaltkontur ausgeführt ist. Zwischen dem rechteckig ausgeführten Schaltelement und der als Kulissenbahn mit Positivprofil ausgeführten Schaltkontur tritt dabei aus Gründen der Fertigungstoleranzen Spiel auf. Das Spiel erlaubt Relativbewegungen zwischen dem Schaltelement und der als Kulissenbahn mit Positivprofil ausgeführten Schaltkontur, welches zu Kraftspitzen und Verschleiß führt. Um dies zu minimieren, muss das Spiel möglichst klein gehalten werden, was zu hohem fertigungstechnischen Aufwand, z.B. Einhaltung geringer Toleranzen, führt. Diese aufwändige, und zeitintensive Bearbeitung führt zu erhöhten Kosten.
Des Weiteren offenbart die
DE 10 2009 008 422 A1 eine Ventiltriebumschaltvorrichtung. Außerdem ist aus der
DE 10 2008 060 167 A1 ein Ventiltrieb einer Brennkraftmaschine bekannt.
-
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Ventiltrieb mit einem Schaltelement zu schaffen, welches einfacher und damit kostengünstiger gefertigt werden kann und gleichzeitig den Bauteilverschleiß minimiert.
-
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.
-
Die Erfindung betrifft einen Ventiltrieb mit einem Schaltelement und einer Schaltkontur für eine Ventilhubumschaltung einer Brennkraftmaschine, wobei das Schaltelement zumindest einen Schaltpin enthält, der mit einer Schaltkontur wechselwirkt, indem er in die als Schaltnut und in einem Nockenstück ausgebildete Schaltkontur eingreift.
-
Das Schaltelement ist mit variabler Geometrie ausgeführt, indem am Schaltpin über Verbindungsstege ein federelastisches, ovales Federelement angebracht ist, welches eine Änderung einer Breite des aus dem Schaltpin und dem Federelement aufgebauten Schaltelements an seinen Seiten zulässt, welche frei von den Verbindungsstegen sind, wobei ein Durchmesser des Schaltpins kleiner als eine Breite der Schaltnut ist, wobei eine Breite des Schaltelements an den durch die Federelastizität variablen Seiten in einem unbelasteten Zustand größer als die Breite der Schaltnut ist, und wobei zum axialen Verschieben des Nockenstücks auf einer Trägerwelle das Schaltelement entgegen einer Kraft des federelastischen Federelements in die Schaltnut verlagerbar ist, wodurch die Breite des Schaltelements an den Seiten, welche frei von den Verbindungsstegen sind, durch Zusammendrücken des federelastischen Federelements verkleinerbar ist, bis das Schaltelement die Breite der Schaltnut besitzt, wodurch sich die Breite des Schaltelements automatisch der Breite der Schaltnut anpasst und eine Entstehung eines Spiels zwischen dem Schaltelement und Flanken der Schaltnut vermeidbar ist.
-
Weitere Vorteile ergeben sich aus der folgenden Zeichnungsbeschreibung. In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt.
-
Dabei zeigen:
- 1 ausschnittsweise den Ventiltrieb mit zwei Schaltelementen,
- 2 ein einzelnes Schaltelement in Schnittdarstellung aufgenommen in der Schaltnut gemäß einer Ausführungsform nach dem Stand der Technik,
- 3 das Schaltelement in Schnittdarstellung in einer erfindungsgemäßen ersten Ausführungsform,
- 4 das Schaltelement nach 3 in seiner zugehörigen Schaltnut,
- 5 das Schaltelement in Schnittdarstellung in einer nicht zur Erfindung gehörenden, zweiten Ausführungsform und
- 6 das Schaltelement nach 5 in der zugehörigen Schaltnut.
-
Der Ventiltrieb umfasst eine Nockenwelle 22, die aus einer Trägerwelle 1 besteht, welche in wenigstens zwei Nockenwellenlagern 2a, 2b entsprechend links und rechts gelagert ist. Die Trägerwelle 1 weist wenigstens ein Nockenstück 3 pro Zylinder der Brennkraftmaschine auf, welches aus einem mittigen Teil 15 und daran jeweils links und rechts endseitig anschließenden Nockenabschnitten 10, 11 besteht, gefolgt von jeweils einer Schaltkulisse 5a; 5b. Jede Schaltkulisse 5a; 5b besitzt eine Schaltkontur 12a; 12b, z.B. in Form einer wendelförmig umlaufenden Schaltnut, deren Nuttiefe veränderlich ist. Die in 1 links dargestellte Schaltkontur 12b hat eine wendelförmig nach rechts bzw. zum inneren Nockenabschnitt 10 bzw. zu den Nockenkonturen 10a, 10b verlaufende Nut. Die rechts dargestellte Schaltkontur 12a verläuft dazu spiegelsymmetrisch von rechts nach links zu den Nockenkonturen 11 a, 11b hin. Die Nockenabschnitte 10, 11 weisen jeweils zwei verschiedene Nockenkonturen 10a, 10b; 11a, 11b auf. Die Nockenkonturen 10a, 10b; 11a, 11b besitzen unterschiedliche Außenkonturen und bewirken so verschiedene Betätigungscharakteristiken für Gaswechselventile. An die Nockenabschnitte 10, 11 greifen Abnehmer bzw. Nockenfolger z.B. in Form von Schlepphebeln 17a; 17b an, die entsprechend vorgesehene Gaswechselventile betätigen. Es handelt sich beim Ausführungsbeispiel um Einlassventile, es können aber auch Auslassventile mit dem Ventiltrieb geschaltet werden. Durch die verschiedenen Betätigungscharakteristika der Gaswechselventile lassen sich beispielsweise je nach Leistungsbedarf der Brennkraftmaschine unterschiedliche Ventilhübe einstellen. Dies erfolgt durch Verschieben des Nockenstücks 3 mit seinen Nockenkonturen 10a, 10b, 11a, 11b auf der Trägerwelle 1. Die zwei Nockenkonturen 10a, 10b des einen Nockenabschnitts 10 stehen je nach Position des Nockenstücks 3 auf der Trägerwelle 1 abwechselnd mit einem ersten einlassseitigen Gaswechselventil, die zwei Nockenkonturen 11a, 11b des anderen Nockenabschnitts 11 mit einem zweiten einlassseitigen Gaswechselventil über die Schlepphebel 17a, 17b in Wirkverbindung. Das Nockenstück 3 ist auf der Trägerwelle 1 drehfest und axial verschiebbar mittels einer nicht dargestellten Längsverzahnung verbunden. Die innenseitig vorgesehene Längsverzahnung des Nockenstücks 3 greift dabei in eine korrespondierende Außenverzahnung der Trägerwelle 1 ein, so dass Längsverschiebungen des Nockenstücks 3 auf der Trägerwelle 1 möglich sind, aber in Umfangsrichtung eine drehfeste Verbindung erfolgt.
-
Weiter besitzt der Ventiltrieb zwei Aktuatoren 4a, 4b, die beispielsweise elektromagnetisch betätigbar sind. Der Aktuator 4a; 4b verschiebt ein radial zum Nockenstück 3 verlaufendes Schaltelement 7a; 7b, das insbesondere einen Schaltpin 18a; 18b umfasst, der bei betätigtem Aktuator 4a; 4b dann in die Schaltnut 12a; 12b der Schaltkulisse 5a; 5b eingreift. Der Eingriff des Schaltelements 7a, 7b ist nur in bestimmten Stellungen der Schaltkulissen 5a, 5b möglich.
-
Das Nockenstück 3 wird durch das Betätigen des linken Aktuators 4b axial auf der Trägerwelle 1 in eine nicht dargestellte Endposition verschoben, indem das Schaltelement 7b in Pfeilrichtung 20 in die Schaltkulisse 5b im Nockenstück 3 eingreift und dem Verlauf der Schaltnut 12b der Schaltkulisse 5b folgt. Beim Erreichen der zweiten Endposition wird das Schaltelement 7b deaktiviert, indem die Schaltkulisse 5b durch Reduzierung der Tiefe der Nut der Schaltkulisse 5b das Schaltelement 7b in seine Ausgangposition zurückdrückt. Durch den Eingriff und die Form der Schaltkulisse 5b kommt es zu einem Verschieben des Nockenstücks 3 nach links. Zum Erneuten axialen Verschieben des Nockenstücks 3 in die erste, in 1 dargestellte Endposition auf der Trägerwelle 1 greift das rechte Schaltelement 7a in die Schaltkulisse 5a im Nockenstück 3 ein.
-
Die 2 zeigt den Stand der Technik einer möglichen Ausführungsform des Schaltelements 7a; 7b. Das Schaltelement 7a; 7b ist geometrisch unveränderlich und enthält lediglich einen Schaltpin 18a; 18b. Der Schaltpin 18a; 18b greift zum Verschieben des Nockenstücks 3 auf der Trägerwelle 1 in die Schaltnut 12a; 12b der Schaltkulisse 5a; 5b ein. Der Schaltpin 18a; 18b besitzt dabei ein fertigungstoleranz-bedingtes Spiel a zu den Flanken 6a, 6b der Schaltnut 12a; 12b. Das Spiel a erlaubt eine Relativbewegung des Schaltpins 18a; 18b in der Schaltkulisse 5a; 5b, was aber zu unerwünschten Kraftspitzen und zu einem erhöhten Verschleiß der Bauteile führt.
-
Die 3 und 4 zeigen eine erfindungsgemäße erste Ausführungsform des Schaltelements 7a; 7b. Das Schaltelement 7a; 7b enthält dabei ebenfalls einen Schaltpin 18a; 18b und ist darüber hinaus geometrisch variabel gestaltet, indem über Verbindungsstege 9a, 9b ein federelastisches Element 13 am Schaltpin 18a; 18b angebracht ist. Dieses oval gestaltete Federelement 13 lässt eine Änderung der Breite des aus Schaltpin 18a; 18b und Federelement 13 aufgebauten Schaltelements 7a; 7b bzw. des Schaltpins 18a; 18b an seinen Seiten zu, an denen keine Verbindungsstege 9a, 9b vorhanden sind. Der Durchmesser des Schaltpins 18a; 18b ist dabei kleiner als die Breite der Schaltnut 12a; 12b und die Breite des Schaltelements 7a; 7b an den durch die Federelastizität variablen Seiten im unbelasteten Zustand größer als die Breite der Schaltnut 12a; 12b. Zum axialen Verschieben des Nockenstücks 3 auf der Trägerwelle 1 wird das Schaltelement 7a; 7b entgegen der Kraft des federelastischen Elements 13 in die Schaltkulisse 5a; 5b verlagert. Dabei wird die Breite des aus Schaltpin 18a; 18b und Federelement 13 aufgebauten Schaltelements 7a, 7b an den Seiten, an denen keine Verbindungsstege 9a, 9b vorhanden sind, durch Zusammendrücken des federelastischen Elements 13 verkleinert, bis es die Breite der Schaltnut 12a; 12b besitzt. So passt sich die Breite des Schaltelements 7a; 7b flexibel bzw. automatisch der Breite der Schaltnut 12a; 12b mit variabler Geometrie an und es entsteht kein Spiel a zwischen Schaltelement 7a; 7b und den Flanken 6a, 6b der Schaltnut 12a; 12b. Dies ist selbst bei sich fertigungsbedingt leicht verändernder Breite der Schaltnut 12a; 12b vorteilhafterweise der Fall. Wird das Schaltelement 7a; 7b aus der Schaltkulisse 5a; 5b verlagert, geht das federelastische Element 13 wieder in seine Ausgangslage zurück und das Schaltelement 7a, 7b bzw. dessen Federelement 13 weist wieder eine größere Breite als die Schaltnut 12a; 12b auf.
-
Die 5 und 6 zeigen eine zweite Ausführungsform des Schaltelements 7a; 7b. Das Schaltelement 7a, 7b enthält einen Schaltpin 18a; 18b, der von ovaler Grundform ist, wobei der kleinste Durchmesser b des Schaltpins 18a; 18b kleiner als die Breite der Schaltnut 12a; 12b ist und der größte Durchmesser c des Schaltpins 18a; 18b größer ist als die Breite der Schaltnut 12a; 12b. Das Schaltelement 7a; 7b weist zur Erzeugung einer variablen Geometrie ein Torsionselement 14, z.B. eine Spiralfeder, auf, das ein federelastisches Torsionsmoment in Umfangrichtung erzeugt. Zum axialen Verschieben des Nockenstücks 3 auf der Trägerwelle 1 wird das Schaltelement 7a, 7b entgegen der Kraft des federelastischen Torsionsmoments in die Schaltkulisse 5a; 5b verlagert. Dabei ist in der Ausgangsstellung des Schaltpins 18a; 18b der Durchmesser des Schaltpins 18a; 18b, der über der Schaltnut 12a; 12b liegt, größer als die Breite der Schaltnut 12a; 12b. Beim Betätigen des Schaltelements 7a, 7b wird der Schaltpin 18a; 18b entgegen des federelastischen Torsionsmoment verdreht, bis der Durchmesser des Schaltpins 18a; 18b, der über der Schaltnut 12a; 12b, liegt gleich oder kleiner der Breite der Schaltnut 12a; 12b ist, und der Schaltpin 18a; 18b wird in die Schaltkulisse 5a, 5b verlagert. Der Schaltpin 18a; 18b wird dabei in der Schaltkulisse 5a; 5b durch ein sich dann ergebenes Torsionsmoment verspannt und hat immer, auch bei sich fertigungsbedingt leicht verändernder Breite der Schaltnut 12a; 12b, Kontakt mit den beiden Flanken 6a, 6b. Es liegt daher kein Spiel a zwischen Schaltelement 7a, 7b und den Flanken 6a, 6b der Schaltnut 12a; 12b vor. Dabei passt sich die Breite des Schaltelements 7a, 7b automatisch der Breite der Schaltkontur 12a; 12b an. Bei Verlagerung des Schaltelements 7a; 7b aus der Schaltkulisse 5a; 5b verlagert sich das federelastische Torsionselement wieder in seine Ausgangslage zurück.
