DE102013206495A1

DE102013206495A1 - Schiebenocken-Ventiltrieb einer Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE102013206495A1
Application number: DE102013206495.0A
Authority: DE
Inventors: Andreas Nendel
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2013-04-12
Filing date: 2013-04-12
Publication date: 2014-10-30
Anticipated expiration: 2033-04-13
Also published as: DE102013206495B4

Abstract

Vorgeschlagen ist ein hubvariabler Schiebenocken-Ventiltrieb einer Brennkraftmaschine, mit einem axial verschiebbaren Nockenstück (2), das eine nutförmige Axialkulisse mit zwei sich kreuzenden Kulissenbahnen (7, 8) und ein deren Bahnverlauf vorgebendes Leitblech (14) umfasst. Das durch einen Aktuatorstift (9) mechanisch hoch belastete Leitblech ist gegen einen am Nutgrund (20) der Axialkulisse umfänglich verlaufenden Querschlitz (21) axial abgestützt. Um die Dauerfestigkeit des Leitblechs zu erhöhen, ist dieses mit einen zusätzlichen Vorsprung (26) axial am Querschlitz abgestützt.

Description

Die Erfindung betrifft einen Ventiltrieb einer Brennkraftmaschine, mit einer Nockenwelle, die eine Trägerwelle und ein darauf drehfest und axialverschiebbar gelagertes Nockenstück umfasst, das zumindest eine Nockengruppe mit unterschiedlichen Nockenerhebungen und eine nutförmige Axialkulisse mit zwei sich kreuzenden Kulissenbahnen und einem deren Bahnverlauf vorgebenden Leitblech aufweist, und mit einem in die Axialkulisse einkoppelbaren Aktuatorstift zum Verschieben des Nockenstücks in Richtung beider Kulissenbahnen.
Das Leitblech:

– ist als C-förmige Flachfeder ausgebildet und in einem Querschlitz aufgenommen, der sich vom Nutgrund der Axialkulisse bis zur Trägerwelle erstreckt,
– ist drehfest und axialverschiebbar auf der Trägerwelle gelagert,
– weist zwei vor und hinter dem Kreuzungsbereich der Kulissenbahnen über dem Nutgrund verlaufende Federzungen auf, die an den diametral gegenüberliegenden Enden der Flachfeder angebunden und im Kreuzungsbereich mit einem im Nutgrund gelagerten Drehgelenk verbunden sind. Die Federzungen schalten nach Art einer Weiche im Kreuzungsbereich zwischen den Kulissenbahnen um, so dass für den Aktuatorstift eine der Kulissenbahnen freigegeben und die andere Kulissenbahn gesperrt ist.

Hintergrund der Erfindung
So genannte Schiebenocken-Ventiltriebe dienen der hubvariablen Gaswechselventilbetätigung von Brennkraftmaschinen. Die Hubvariabilität wird dabei durch die Nockenwelle erzeugt, die eine Trägerwelle und ein darauf drehfest und zwischen zwei oder mehr Axialpositionen verschiebbares Nockenstück mit benachbarten Nocken unterschiedlicher Erhebungen umfasst. Um das Nockenstück zu verschieben, wird ein Aktuatorstift in eine nutförmige Axialkulisse auf dem Nockenstück eingekoppelt, wodurch das Nockenstück während der gemeinsamen (erhebungsfreien) Nockengrundkreisphase in die nächste Axialposition gezwungen wird.
Es sind diverse Axialkulissen bekannt, die sich in der konstruktiven Gestaltung ihrer beiden axial gegenläufigen Kulissenbahnen unterscheiden. Eine dieser Axialkulissen hat axial miteinander „verschmolzene“ Nuten und sich etwa umfangsmittig kreuzende Kulissenbahnen, die ein axial besonders kompakt bauendes Nockenstück ermöglichen: siehe beispielsweise DE 10 2007 051 739 A1 und DE 10 2008 054 254 A1 . Nachteilig daran ist, dass eine solche Axialkulisse zunächst nur äußere Nutwände hat, die in Nockendrehrichtung hinter dem Kreuzungsbereich der Kulissenbahnen nicht mehr zur Zwangsverschiebung des Nockenstücks beitragen. Wie in der DE 10 2008 024 911 A1 vorgeschlagen, kann die Axialkulisse dennoch mit inneren Nutwänden in Form von elastisch verformbaren Blechzungen als weichenartig umschaltende Leitelemente für den Aktuatorstift ausgestattet werden.
Ein Ventiltrieb der eingangs genannten Art, bei dem das Leitblech als C-förmige Flachfeder mit zwei Federzungen ausgebildet ist, die über dem Nutgrund verlaufen und deren freie Enden am Drehgelenk angelenkt sind, ist aus der nicht vorveröffentlichten deutschen Patentanmeldung mit dem Aktenzeichen 10 2012 210 213.2 bekannt.
Aufgabe der Erfindung
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen gattungsgemäßen Ventiltrieb konstruktiv so zu verbessern, dass die Dauerfestigkeit des Leitblechs erhöht ist.
Zusammenfassung der Erfindung
Die Lösung dieser Aufgabe ergibt sich aus den Merkmalen des Anspruchs 1. Demnach soll zumindest die in Nockendrehrichtung hinter dem Kreuzungsbereich verlaufende zweite Federzunge einen radial einwärts gerichteten Vorsprung aufweisen, der die zweite Federzunge zwischen dem Drehgelenk und deren endseitiger Anbindung axial am Querschlitz abstützt. Durch diesen zusätzlichen Abstützpunkt werden die freitragende Länge der Federzunge zwischen Drehgelenk und Anbindung in zwei kleinere Abschnitte aufgeteilt und dementsprechend die betrieblichen Deformationen der Federzunge reduziert, die mit der Abstützung der Federzunge am Aktuatorstift einhergehen. Im Ergebnis kann somit das Risiko von Dauerbrüchen im Bereich der endseitigen Anbindung der Federzunge erheblich reduziert werden.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich auf der nachfolgenden Beschreibung und aus den Zeichnungen, in denen ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Schiebenocken-Ventiltriebs dargestellt ist. Sofern nicht anders erwähnt, sind dabei gleiche oder funktionsgleiche Merkmale oder Bauteile mit gleichen Bezugszahlen versehen. Es zeigen:
1 einen Ausschnitt eines bekannten Schiebenocken-Ventiltriebs in Seitenansicht;
2 eine erfindungsgemäße Axialkulisse als Einzelteil in einer Seitenansicht mit Trägerwelle;
3 die Axialkulisse gemäß 2 mit darin eingekoppeltem Aktuatorstift in einer gegenüber 2 um 180° gedrehten Seitenansicht ohne Trägerwelle;
4 die Axialkulisse gemäß 2 im Querschnitt;
5 ein erfindungsgemäßes Leitblech gemäß den 2 bis 4 in perspektivischer Darstellung.
Detaillierte Beschreibung der Zeichnungen
1 zeigt einen bekannten Schiebenocken-Ventiltrieb einer Brennkraftmaschine, dessen grundlegendes Funktionsprinzip sich dahingehend zusammenfassen lässt, dass eine konventionell starr ausgebildete Nockenwelle durch eine außenverzahnte Trägerwelle 1 und darauf mittels Innenverzahnung drehfest und längsverschiebbar angeordnete Nockenstücke 2 ersetzt ist. Jedes Nockenstück weist zwei Gruppen axial unmittelbar benachbarter Nocken 3 und 4 auf, deren unterschiedliche Hubverläufe mittels Schlepphebeln 5 auf Gaswechselventile 6 übertragen werden. Die zur betriebspunktabhängigen Aktivierung des jeweiligen Nockens erforderliche Verschiebung des Nockenstücks auf der Trägerwelle erfolgt über spiralförmige Axialkulissen, die entsprechend der Verschieberichtung als links- bzw. rechtsgängige Nuten 7 und 8 ausgebildet sind und in die, je nach momentaner Stellung des Nockenstücks, jeweils ein Aktuatorstift 9 eines elektromagnetischen Aktuators einkoppelt.
Die 2 bis 4 zeigen in einer vom Nockenstück isolierten Darstellung eine Axialkulisse, bei der – geometrisch betrachtet – die beiden Kulissenbahnen 7 und 8 axial vollständig überlagert angeordnet sind und sich folglich in Bahnmitte kreuzen. Die Axialkulisse weist starre äußere Nutwände 10 und 11 auf. Die inneren Nutwände 12 und 13 der Axialkulisse sind durch ein flexibles Leitblech 14 gemäß 5 gebildet, das nach Art einer Weiche im Kreuzungsbereich 15 der Kulissenbahnen zwischen diesen umschaltet und den Bahnverlauf der Kulissenbahnen vorgibt. Das Leitblech hat eine erste Federzunge 16, die in der eingezeichneten Nockendrehrichtung vor dem Kreuzungsbereich verläuft, und eine zweite Federzunge 17, die in der Nockendrehrichtung hinter dem Kreuzungsbereich verläuft. Im Kreuzungsbereich sind die freien Enden der beiden Federzungen jeweils mittels einer Lasche 18 mit einem Drehgelenk 19 verbunden, das im Nutgrund 20 der Axialkulisse drehbar gelagert ist. Das Drehgelenk erzwingt die wechselseitige Anlage der freien Federzungenenden an den äußeren Nutwänden, wobei der Anlagewechsel durch den relativ zur Axialkulisse verfahrenden Aktuatorstift 9 selbst erzwungen wird: im eingekoppelten Zustand verdrängt der Aktuatorstift die vor dem Kreuzungsbereich liegende erste Federzunge zur äußeren Nutwand 10 hin, und dazu entgegengerichtet klappt das Drehgelenk die hinter dem Kreuzungsbereich liegende zweite Federzunge gegen die gegenüberliegende äußere Nutwand 11. Hierdurch ist momentan die eine Kulissenbahn 8 für den Aktuatorstift freigegeben und die andere Kulissenbahn 7 gesperrt.
Das in 5 als Einzelteil dargestellte Leitblech 14 ist als C-förmige Flachfeder aus federhartem Stahlblech ausgebildet und in einem Querschlitz 21 des Nockenstücks aufgenommen, der sich vom Nutgrund 20 der Axialkulisse bis hin zur Trägerwelle 1 erstreckt. Ein halbkreisförmiger Innenbogen 22 ist mit einer zur Längsverzahnung 23 der Trägerwelle komplementären Innenverzahnung 24 drehfest und axial verschiebbar auf der Trägerwelle gelagert. Durch den Verzahnungseingriff ist das Leitblech auch in radialer Richtung auf der Trägerwelle gehaltert. Die an den diametral gegenüberliegenden Enden des Innenbogens angebundenen Federzungen 16, 17 verlaufen jeweils von ihrer Anbindung 25 bis zu einem radial einwärts gerichteten Vorsprung 26 und von dem Vorsprung bis zu den Laschen 18 für das Drehgelenk 19 vollständig oberhalb des Nutgrunds. Die Vorsprünge stützen sich bei ausgelenktem Leitblech (siehe 3) axial am Querschlitz ab und bewirken folglich, dass die sich axial nicht am Querschlitz abstützende, d.h. freitragende Länge der Federzungen verkleinert und hier etwa halbiert wird. Durch diese Ausgestaltung werden Durchbiegung und Torsion der Federzungen erheblich reduziert. Dies gilt insbesondere für die in Nockendrehrichtung hinter dem Kreuzungsbereich 15 verlaufende zweite Federzunge 17. Denn diese muss gegebenenfalls, d.h. bei niedriger Nockenwellendrehzahl und dementsprechend niedriger axialer Trägheit des sich verschiebenden Nockenstücks und/oder hohen Reibungskräften in der Verzahnung, auch hinter dem Kreuzungsbereich die Verschiebekräfte des Nockenstücks abstützen. Aufgrund der montagefreundlichen Spiegelsymmetrie des Leitblechs zu dessen Längsmittelebene sind vorliegend beide Federzungen mit dem Vorsprung versehen.
Ein weiterer Vorteil der zusätzlich abgestützten Federzungen 16, 17 ist die großzügig zu bemessende Breite B des Querschlitzes 21, die zugunsten der einfachen und robusten Herstellbarkeit vorliegend mit 1,2 mm doppelt so groß ist wie die 0,6 mm betragende Blechstärke S der Flachfeder 14.
Bezugszeichenliste

1: Trägerwelle
2: Nockenstück
3: Nocken
4: Nocken
5: Schlepphebel
6: Gaswechselventil
7: Kulissenbahn / linksgängige Nut
8: Kulissenbahn / rechtsgängige Nut
9: Aktuatorstift
10: äußere Nutwand
11: äußere Nutwand
12: innere Nutwand
13: innere Nutwand
14: Leitblech / Flachfeder
15: Kreuzungsbereich
16: erste Federzunge
17: zweite Federzunge
18: Lasche
19: Drehgelenk
20: Nutgrund
21: Querschlitz
22: Innenbogen
23: Längsverzahnung
24: Innenverzahnung
25: Anbindung
26: Vorsprung

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

DE 102007051739 A1 [0004]
DE 102008054254 A1 [0004]
DE 102008024911 A1 [0004]
DE 102012210213 [0005]

Claims

Ventiltrieb einer Brennkraftmaschine, mit einer Nockenwelle, die eine Trägerwelle (1) und ein darauf drehfest und axialverschiebbar gelagertes Nockenstück (2) umfasst, das zumindest eine Nockengruppe (3, 4) mit unterschiedlichen Nockenerhebungen und eine nutförmige Axialkulisse mit zwei sich kreuzenden Kulissenbahnen (7, 8) und einem deren Bahnverlauf vorgebenden Leitblech (14) aufweist, und mit einem in die Axialkulisse einkoppelbaren Aktuatorstift (9) zum Verschieben des Nockenstücks (2) in Richtung beider Kulissenbahnen (7, 8), wobei das Leitblech (14): – als C-förmige Flachfeder ausgebildet und in einem Querschlitz (21) aufgenommen ist, der sich vom Nutgrund (20) der Axialkulisse bis zur Trägerwelle (1) erstreckt, – drehfest und axialverschiebbar auf der Trägerwelle (1) gelagert ist, – zwei vor und hinter dem Kreuzungsbereich (15) der Kulissenbahnen (7, 8) über dem Nutgrund (20) verlaufende Federzungen (16, 17) aufweist, die an den diametral gegenüberliegenden Enden der Flachfeder (14) angebunden und im Kreuzungsbereich (15) mit einem im Nutgrund (20) gelagerten Drehgelenk (19) verbunden sind, wobei die Federzungen (16, 17) nach Art einer Weiche im Kreuzungsbereich (15) zwischen den Kulissenbahnen (7, 8) umschalten, so dass für den Aktuatorstift (9) eine der Kulissenbahnen (8) freigegeben und die andere Kulissenbahn (7) gesperrt ist, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest die in Nockendrehrichtung hinter dem Kreuzungsbereich (15) verlaufende zweite Federzunge (17) einen radial einwärts gerichteten Vorsprung (26) aufweist, der die zweite Federzunge (17) zwischen dem Drehgelenk (19) und deren endseitiger Anbindung (25) axial am Querschlitz (21) abstützt.
Ventiltrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Trägerwelle (1) eine Längsverzahnung (23) aufweist und dass die Flachfeder (14) mit einem zur Längsverzahnung (23) komplementär verzahnten Innenbogen (22) auf der Trägerwelle (1) gelagert ist.
Ventiltrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Flachfeder (14) spiegelsymmetrisch zu ihrer Längsmittelebene ausgebildet ist.
Ventiltrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Breite (B) des Querschlitzes (21) zumindest doppelt so groß wie die Blechstärke (S) der Flachfeder (14) ist.