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Gebiet der Erfindung
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Die Erfindung betrifft einen schaltbaren Ventiltrieb einer Hubkolbenbrennkraftmaschine mit zumindest einem hebelartig ausgebildeten schwenkbar auf einer Hebelachse gelagerten Nockenfolger, der in Achsrichtung der Hebelachse verlagerbar ist, wobei die Hebelachse, parallel zu einer Nockenwelle verlaufend, in einem Nockenwellenlagergehäuse angeordnet ist und wobei der mit einem Ende eines Ventilschaftes eines Gaswechselventils zusammenwirkende Nockenfolger zumindest mittelbar mit unterschiedlichen Nockenprofilen zumindest zweier Nocken, die Bestandteil zumindest einer Nockengruppe sind, in Kontakt bringbar ist.
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Stand der Technik
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In Ventiltrieben von Hubkolbenbrennkraftmaschinen, die standardmäßig ausgebildet sind, wird eine Nockenwelle konstant von der Kurbelwelle angetrieben, d.h., die Nockenwelle nimmt eine unveränderliche Phasenlage zur Kurbelwelle ein. Die auf der Nockenwelle angeordneten Nocken betätigen somit über Nockenfolger die Gaswechselventile mit einem Öffnungs- und Schließzeitpunkt sowie Ventilhub, die durch die Phasenlage der Nockenwelle und die Anordnung und Form der Nocken vorgegeben sind.
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Bei Bauarten moderner Hubkolbenbrennkraftmaschinen können der Öffnungs- und Schließzeitpunkt der Gaswechselventile durch einen Nockenwellenversteller stufenlos verändert werden, wobei dieser Nockenwellenversteller üblicherweise als hydraulischer Versteller mit in Druckräumen angeordneten Schwenkflügeln ausgebildet ist. Für die Schaffung eines variablen Ventiltriebes, mit welchem der Ladungswechsel der Brennkraftmaschine, bezogen auf deren jeweiligen Betriebszustand, optimiert werden kann, werden zusätzlich zur Änderung der Phasenlage der Nockenwelle der Ventilhub und die Ventilöffnungsdauer verstellt. Diese Optimierung des Ladungswechsels in Bezug auf den jeweiligen Betriebszustand führt zur Verringerung des Kraftstoffverbrauchs und zur Verbesserung der Abgaswerte.
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Für die vorstehend erwähnte Veränderung des Ventilhubs und der Ventilöffnungsdauer mittels eines schaltbaren Ventiltriebes werden schaltbare Nockenfolger oder Schiebenockensysteme verwendet. Bei bekannten Ventiltrieben mit schaltbaren Nockenfolgern stehen Nockenanlaufflächen oder Nockenrollen des Nockenfolgers kontinuierlich mit unterschiedlichen Nocken einer Nockengruppe in Verbindung. Über Koppelmittel, die innerhalb des Nockenfolgers vorgesehen sind, kann die Betätigung des entsprechenden Gaswechselventils von einer Nockenkontur auf die andere, also von einem Nocken auf den neben diesem liegenden umgeschaltet werden.
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Bei Schiebenockensystemen erfolgt eine Umschaltung der Ventilbetätigung dadurch, dass der im Wesentlichen standardmäßig ausgebildete Nockenfolger wahlweise mit Nocken unterschiedlicher Kontur in Eingriff gebracht wird, wobei die Nocken auf einer gegenüber einer Grundnockenwelle verschiebbaren und mit dieser über formschlüssige Mittel verbundenen Nockeneinheit angeordnet sind.
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Ein variabler Ventiltrieb für eine Hubkolbenbrennkraftmaschine der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 beschriebenen Gattung ist aus der
DE 10 2011 101 871 A1 bekannt. Der Nockenfolger ist dabei als Schwinghebel ausgebildet und schwenkbar auf einer Hebelachse gelagert. Eine Nockenwelle weist eine Nockengruppe mit zwei Nocken auf, deren jeweilige Hubkurvenverläufe und somit maximaler Nockenhub sich voneinander unterscheiden. Der Nockenfolger kann in der bei beiden Nocken übereinstimmenden Grundkreisphase axial verschoben werden, so dass er vom Angriff an einem Nocken zum Angriff an dem anderen Nocken umgeschaltet wird.
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Gemäß eines ersten Ausführungsbeispiels der
DE 10 2011 101 871 A1 verlaufen die Nockenwelle, die Hebelachse und eine mit einer Vielzahnführung versehene Verstellwelle parallel zueinander, wobei eine mit einer Führungsbahn versehene Hülse drehfest und axial verschiebbar auf der Verstellwelle angeordnet ist. In die Führungsbahn greifen einerseits ein ortsfester Pin und andererseits ein vom Nockenfolger ausgehender Hebelpin ein. Daher wird aufgrund einer Verdrehung der Verstellwelle der Nockenfolger in Achsrichtung der Hebelachse auf dieser verschoben.
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Bei einem zweiten Ausführungsbeispiel wird dagegen auf die Hebelachse verzichtet. Stattdessen ist der Nockenfolger schwenkbar auf einer Außenmantelfläche einer Lagerhülse geführt, die drehfest und axial verschiebbar auf der Vielzahnführung der Verstellwelle angeordnet ist. Neben dieser Lagerhülse befindet sich auf der Verstellwelle eine Hülse, wobei an einem Außenmantel dieser Hülse eine Führungsbahn ausgebildet ist. An dieser Führungsbahn greift ein ortsfest angeordneter Pin an, wodurch bei einer Verdrehung der Verstellwelle eine Längsverschiebung der Hülse bewirkt wird. Von einer Nabe des Nockenfolgers aus erstreckt sich ein Hebelpin, der dann die Längsverschiebung der Hülse auf den Nockenfolger übertragen soll.
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Offenbarung der Erfindung
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Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Anordnung eines in Achsrichtung einer Hebelachse verlagerbaren Nockenfolgers und dessen Verstellung derart auszubilden, dass der entsprechende Ventiltrieb für eine in Großserie hergestellte Hubkolbenbrennkraftmaschine geeignet ist.
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Diese Aufgabe wird durch den unabhängigen Patentanspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den abhängigen Ansprüchen wiedergegeben, welche, jeweils für sich genommen oder in verschiedener Kombination miteinander, einen Aspekt der Erfindung darstellen können.
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Danach soll der zumindest eine Nockenfolger in axialer Richtung auf der Hebelachse fixiert sein, wobei die Hebelachse im Nockenwellenlagergehäuse in Längsrichtung verschiebbar angeordnet ist und wobei zumindest ein an der Hebelachse vorgesehener Mitnehmer an zumindest einer an der Nockenwelle vorgesehenen Steuerkontur in Eingriff bringbar ist, die schräg oder kurvenartig zu einer Querebene der Nockenwelle verläuft. Die Stellbewegungen werden somit von der auf der Nockenwelle ausgebildeten Steuerkontur über den zumindest einen Mitnehmer auf die Hebelachse übertragen, so dass diese aufgrund der schräg oder kurvenartig zur Querebene der Nockenwelle verlaufenden Steuerkontur und der Drehbewegung der Nockenwelle eine Axialverschiebung der Hebelachse resultiert.
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Im Falle eines kurvenartigen Verlaufs der Steuerkontur kann es sich um wenigstens eine S-förmige Anlagefläche handeln, an der der zumindest eine Mitnehmer geführt ist. Da der zumindest eine schwenkbar auf der Hebelachse angeordnete Nockenfolger in axialer Richtung der Hebelachse fixiert ist, führt die Verschiebung der Hebelachse dazu, dass der entsprechende Nockenfolger mitgenommen wird und somit in seiner Grundkreisphase von einer Nockenkontur zur anderen wechselt, so dass sich der Ventilhub des vorzugsweise als Einlassventil ausgebildeten Gaswechselventils ändert. Beidseitig des hebelartigen Nockenfolgers sind Führungsmittel vorgesehen, an denen der Nockenfolger mit seinen Stirnflächen geführt ist. Außerdem ist der Nockenfolger vorzugsweise über eine Gleitlagerung auf der Hebelachse gelagert, so dass er die durch einen der Nocken bewirkten Schwenkbewegungen ausführen kann.
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Die Führungsmittel können dabei als seitlich des Nockenfolgers auf der Hebelachse befestigte Sicherungsringe ausgeführt sein. Alternativ dazu besteht die Möglichkeit, die Führungsmittel als Passstifte auszubilden, die in Querbohrungen der Hebelachse fixiert sind und an denen der jeweilige Nockenfolger stirnseitig anläuft. Da somit der Verstellvorgang mittels der Nockenwelle ausgeführt wird, können die Anforderungen an einen Schaltaktuator, der nunmehr nur noch die an der Hebelachse vorgesehenen Mitnehmer mit der zumindest einen Steuerkontur in Eingriff bringt, hinsichtlich der Schaltzeit und der Schaltkraft deutlich reduziert werden. Das führt dazu, dass sich der Schaltaktuator sowohl hinsichtlich seiner Kosten als auch des von diesem beanspruchten Bauraums wesentlich günstiger ausführen lässt. Weiterhin wird durch die Anordnung der Steuerkontur auf der Nockenwelle sichergestellt, dass eine Umschaltung des Nockenfolgers stets in der Grundkreisphase der beiden Nocken der Nockengruppe erfolgt, wodurch Fehlschaltungen, die bei einer Verschiebung des Nockenfolgers über einen Schaltaktuator auftreten können, vermieden werden.
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Von den auf der Nockenwelle angeordneten Nockenpaaren sind jeweils ein erster Nocken mit einer großen Nockenerhebung für einen großen Ventilhub sowie ein zweiter Nocken mit einer kleineren Nockenerhebung für einen kleinen Ventilhub vorgesehen. Das entsprechende Nockenpaar kann dabei einteilig ausgebildet sein. Durch die vorstehend erläuterte Längsverschiebung der Hebelachse gemeinsam mit wenigstens einem Nockenfolger in eine der beiden Verschieberichtungen erfolgt eine verzögerungsfreie Umschaltung der Ventilbetätigung in der Grundkreisphase der beiden Nocken von einer Nockenkontur auf die andere. Sowohl die Gesamtanordnung dieses erfindungsgemäß ausgebildeten Ventiltriebs als auch die Umschalteinrichtung des Nockenfolgers sind kostenmäßig günstig herstellbar und daher für eine Großserie geeignet. Wegen seiner geringen baulichen Abmessungen ist der erfindungsgemäß schaltbare Ventiltrieb insbesondere für eine Verwendung in Krafträdern geeignet, wobei, wie bereits dargelegt, vorzugsweise Einlassventile mit unterschiedlichem Ventilhub betätigt werden.
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Demgegenüber erfolgt bei dem in der
DE 10 2011 101 871 A1 als zweites Ausführungsbeispiel beschriebenen Ventiltrieb eine Umschaltung dadurch, dass die Verstellwelle in eine ihrer beiden Drehrichtungen verdreht wird. Der in die Führungsbahn der Hülse eingreifende ortsfeste Pin erzeugt daraufhin eine Längsbewegung der Hülse, die über den Hebelpin letztendlich auf den Nockenfolger übertragen wird. Letztgenannter Hebelpin greift dabei ebenfalls in die Führungsbahn ein. Ein an der Verstellwelle angreifender Rotativaktuator muss dabei ein entsprechendes Drehmoment erzeugen, um die als Rampe wirkende Führungsbahn gegenüber dem Pin zu verdrehen. Daher wird ein entsprechender Rotativaktuator Abmessungen aufweisen, die einen relativ großen Bauraum beanspruchen, so dass sich dieser schaltbare Ventiltrieb nicht für Hubkolbenbrennkraftmaschinen für Krafträder eignet. Außerdem kann aufgrund der entsprechenden Anzahl von Übertragungselementen und des zwischen diesen nicht zu vermeidenden Spiels eine verzögerungsfreie Umschaltung im Betrieb der Hubkolbenbrennkraftmaschine mit entsprechender Drehzahl der Nockenwelle nicht mit Sicherheit durchgeführt werden. Letztendlich ist auch der bauliche Aufwand für den gesamten Ventiltrieb wegen der erforderlichen Bauelemente relativ hoch.
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In weiterer Ausgestaltung der Erfindung soll ein die Hebelachse um einen vorgegebenen Drehwinkel in zwei unterschiedliche Endpositionen verstellender Rotativaktuator vorgesehen sein, wobei zwei auf der Hebelachse angeordnete Mitnehmer bei Erreichen der Endposition des Rotativaktuators wechselweise an zwei Steuerkonturen angreifen. Eine Drehbewegung der Hebelachse, die als Steuer- bzw. Schaltvorgang durch den Rotativaktuator bewirkt wird, soll dazu führen, dass die Mitnehmer soweit auf die Steuerkonturen verschwenkt oder verschoben werden, bis sie an diesen angreifen und von diesen mitgenommen werden. Die durch die Drehbewegung der Nockenwelle herbeigeführte Längsverschiebung der Hebelachse kann dabei ca. 9mm betragen. Das Schaltsignal wird von einer ECU auf den Rotativaktuator übertragen, wobei dieser vorzugsweise eine Verdrehung in beiden Drehrichtungen um jeweils bis zu 30° ausführt, um abwechselnd einen der beiden Mitnehmer an die Steuerkontur zu bewegen.
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Außerdem können die Steuerkonturen symmetrisch zueinander verlaufende, in axialer Richtung der Nockenwelle zueinander beabstandete Steuerkanten aufweisen. Dabei besteht die Möglichkeit, diese Steuerkonturen auf einem Außenmantel einer Hülse vorzusehen, wobei die Hülse auf eine zylindrische Außenmantelfläche der Nockenwelle aufgepresst wird. Dieses Aufpressen auf die Nockenwelle erfolgt dabei vorzugsweise von einem Ende her, an dem diese anschließend mit einem Kettenrad verbunden wird. Alternativ dazu besteht natürlich auch die Möglichkeit, an einem radial vorstehenden Bund der Nockenwelle die Steuerkonturen durch eine spanende Bearbeitung herzustellen. Der Vorteil von S-förmigen Steuerkonturen liegt darin, dass mit diesen ein großes Schaltfenster geschaffen wird.
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Weiterhin ist vorgesehen, dass die Hebelachse mit zwei quer zur Hebelachse verlaufenden Mitnehmern versehen ist, die als Passstifte ausgebildet sind, wobei die Mitnehmer in axialer Richtung der Hebelachse zueinander beabstandet und in Umfangsrichtung der Hebelachse zueinander versetzt angeordnet sind. Diese Passstifte können radial oder als Sekante zur Hebelachse verlaufen. Durch die Drehbewegung der Hebelachse wird jeweils einer der beiden Passstifte in Anlage zur entsprechenden Steuerkontur gebracht, so dass über diese die Hebelachse in der vorgesehenen Richtung verschoben wird. Die Passstifte können an ihren mit der Steuerkontur in Kontakt bringbaren Enden derart ausgebildet sein, dass sich eine günstige Übertragung der Verstellkräfte ergibt. Beispielsweise können die Enden einen elliptischen oder rechteckigen Querschnitt aufweisen.
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Im Übrigen soll die in einem Nockenwellenlagergehäuse längsverschieblich und verdrehbar geführte Hebelachse über eine Arretiereinrichtung in ihren auf die Nockenfolger übertragenen Schaltpositionen arretierbar sein, wobei die Arretiereinrichtung eine federbelastete Kugel und zwei auf der Hebelachse vorgesehene umlaufende Arretiernuten aufweist. Dabei ist auf der Hebelachse ein Rastgebirge mit beidseitig von diesem vorgesehenen Rastnuten angeordnet, das kegelig ausgebildete Flanken aufweist. Im Bereich einer Durchgangsbohrung des Nockenwellengehäuses, die die Hebelachse aufnimmt, ist das als federbelastete Kugel ausgebildete Rastmittel angeordnet. Dieses verriegelt die Hebelachse in ihren beiden axialen Positionen, in denen jeweils einer der beiden Nocken am Nockenfolger angreift, und lässt eine Verdrehung derselben zu.
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In weitere Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass innerhalb eines Nockenwellenlagergehäuses eine die Hebelachse aufnehmende Hebelbrücke vorgesehen ist, wobei Vorsprünge der Hebelbrücke, die beidseitig der Nockenfolger verlaufen, als Anschlagmittel dienen. Diese Vorsprünge sind folglich derart zueinander beabstandet, dass der jeweilige Nockenfolger zwischen ihnen soweit verschoben werden kann, bis er an den benachbarten Vorsprung anschlägt. In dieser Endposition greift der Nockenfolger in einer optimalen Stellung an einer der beiden Nockenkonturen an. Insgesamt kann die Hebelbrücke als wandartig ausgebildeter Abschnitt des Nockenwellengehäuses bzw. Ventiltriebgehäuses ausgebildet sein.
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Weiterhin ist vorgesehen, dass der Rotativaktuator elektrisch, hydraulisch oder pneumatisch betätigbar ist. Vorzugsweise wird der Rotativaktuator elektrisch betätigt, wobei der elektromotorische Antrieb über eine ECU gesteuert wird. Die Endpositionen der Nockenfolger, in denen die Verschiebebewegung derselben abgebremst werden, sind dabei durch Anschläge des Nockenwellengehäuses bestimmt. Der bzw. die Nockenfolger sollen vorzugsweise als Schlepphebel ausgebildet sein. Ein Schwinghebel ist ein einarmiger Hebel, dessen eines Hebelende an der Hebelachse gelagert ist. Beabstandet zu dieser Lagerung und zu einem mit dem Ventilschaftende des Gaswechselventils zusammenwirkenden Hebelende wird der Schwinghebel durch die oberhalb dieser Ventiltriebselemente liegenden Nockenwelle betätigt.
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Alternativ dazu können die Nockenfolger auch als Kipphebel ausgebildet sein. Bei einem Kipphebel handelt es sich um einen zweiarmigen Hebel, wobei das eine Hebelende am Ventilschaftende des Gaswechselventils anliegt, während im Bereich des anderen Hebelendes einer der beiden Nocken der Nockengruppe angreift. In seinem mittigen Bereich ist der Kipphebel schwenkbar auf der Hebelachse gelagert. Für beide Bauarten von Nockenfolgern eignet sich die erfindungsgemäße Verschiebung der Hebelachse mittels der Steuerkontur der Nockenwelle in besonderer Weise.
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Schließlich soll in Weiterbildung der Erfindung der Nocken für eine Betätigung des Nockenfolgers für einen großen Ventilhub des Gaswechselventils mit seiner Quermittelebene im Wesentlichen auf einer Längsmittelachse des entsprechenden Gaswechselventils angeordnet sein. Dadurch lassen sich die im Ventiltrieb auftretenden Querkräfte und -momente gering halten, da zumindest in diesem Betriebszustand kein axialer Versatz auftritt. Am Nockenfolger ist neben der Nockenanlauffläche eine Aussparung vorgesehen, innerhalb welcher sich der große Nocken bei geschaltetem kleinen Nocken lastfrei bewegen kann. Im Übrigen muss für die Kraftübertragung vom Nockenfolger zum Ventilschaftende wegen der Verschiebung des Nockenfolgers die entsprechende Kontaktfläche des Nockenfolgers, an der das Ventilschaftende anliegt, verbreitert werden.
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Die Erfindung ist nicht auf die angegebene Kombination der Merkmale des unabhängigen Patentanspruchs 1 und der abhängigen Ansprüche beschränkt. Es ergeben sich darüber hinaus weitere Möglichkeiten, einzelne Merkmale, insbesondere dann, wenn sie sich aus den Patentansprüchen, der nachfolgenden Beschreibung der Ausführungsbeispiele oder unmittelbar aus den Figuren ergeben, miteinander zu kombinieren. Außerdem soll die Bezugnahme der Patentansprüche auf die Figuren durch die Verwendung von Bezugszeichen den Schutzumfang der Patentansprüche auf keinen Fall auf die dargestellten Ausgestaltungsbeispiele beschränken.
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Kurze Beschreibung der Zeichnung
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Zur weiteren Erläuterung der Erfindung wird auf die Zeichnung verwiesen, in der ein Ausführungsbeispiel vereinfacht dargestellt ist. Es zeigen:
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1 eine erste perspektivische Ansicht eines erfindungsgemäßen Ventiltriebs einer Hubkolbenbrennkraftmaschine, die Enden von Schwinghebeln zeigt, welche Gaswechselventile betätigen, wobei sich die beiden Schwinghebel in ihrer Position für eine Betätigung von Gaswechselventilen mit einem kleinen Ventilhub befinden,
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2 eine zweite perspektivische Ansicht des Ventiltriebs der 1 auf eine Seite der Schwinghebel, an der diese schwenkbar auf einer Hebelachse gelagert sind und die Position gemäß 1 einnehmen,
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3 eine Teilansicht einer Nockenwelle, aus der die Ausbildung einer Steuerkontur hervorgeht,
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4 einen Teilschnitt durch eine Hebelbrücke im Bereich einer in dieser angeordneten Arretiereinrichtung,
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5 eine perspektivische Ansicht gemäß 1, wobei sich die Schwinghebel in einer Position befinden, in der diese an den Gaswechselventilen einen großen Ventilhub ausführen und
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6 eine perspektivische Ansicht gemäß 2, wobei sich die Schwinghebel in eine Position befinden, in der diese an den Gaswechselventilen einen großen Ventilhub ausführen
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Ausführliche Beschreibung der Zeichnung
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In den 1, 2, 5 und 6 sind mit 1 und 2 ein erster und ein zweiter Nockenfolger bezeichnet, die als Schwinghebel 3 und 4 ausgebildet sind. Dabei wirkt, wie insbesondere aus den 1 und 5 hervorgeht, der erste Schwinghebel 3 einerseits mit einer Nockengruppen 5 und andererseits mit einem Ventilschaftende 6 eines Gaswechselventils 7 zusammen. Der zweite Schwinghebel 4 wird über eine zweite Nockengruppe 8 aktuiert und betätigt mit seinem von der Nockengruppe 8 abgewandten Ende ein Gaswechselventil 9 an dessen Ventilschaftende. 10. Die beiden Gaswechselventile 7 und 9 sind über nicht näher dargestellte Ventilführungen in einem Zylinderkopf einer Hubkolbenbrennkraftmaschine angeordnet und mit Ventilfedern versehen, die die Gaswechselventile 7 und 9 in Schließrichtung vorspannen.
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Die erste Nockengruppe 5 besteht aus einem Nocken 11 mit einer kleinen Nockenerhebung und einem Nocken 12 mit einer großen Nockenerhebung. Bei der zweiten Nockengruppe 8 handelt es in Übereinstimmung mit der ersten Nockengruppe 5 ebenfalls um einen kleinen Nocken 13 und um einen großen Nocken 14. Beide Nockengruppen 5 und 8 sind Bestandteil einer Nockenwelle 15, die mit einem Kettenrad 16 versehen und über nicht näher dargestellte Nockenwellenlager in einem Nockenwellengehäuse 17, von welchem in der Teilansicht eine Hebelbrücke 18 gezeigt wird, gelagert ist. Das Nockenwellenlagergehäuse 17 ist Bestandteil eines Zylinderkopfes der Hubkolbenbrennkraftmaschine. Die Schwinghebel 3 und 4 sind, wie den 2 und 6 zu entnehmen ist, als einarmige Hebel ausgebildet, wobei sie an einem Ende schwenkbar auf einer Hebelachse 19 gelagert sind und an ihrem anderen Ende jeweils mit einer Ventilschaftauflagefläche 20 an den Ventilschaftenden 6 und 10 angreifen.
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Die Hebelachse 19 ist in der mit drei zinnenartigen Vorsprüngen 21, 22 und 23 versehenen Hebelbrücke 18 versschiebbar und verdrehbar angeordnet, wobei sich die Vorsprünge 21, 22 und 23 beidseitig der jeweiligen Schwinghebel 3 und 4 befinden. Dabei sind die beiden Vorsprünge 21 und 22 derart zueinander beabstandet, dass der Schwinghebel 4 zusammen mit der Hebelachse 19 eine begrenzte Bewegung in Längsrichtung ausführen kann. Am Ende dieser in einer der beiden Richtungen ausgeführten Längsbewegung schlägt eine der beiden Stirnflächen 24 oder 25 an einen Anschlag 26 des Vorsprungs 21 oder an einen Anschlag 27 des Vorsprungs 22 an. Anstelle der Stirnfläche 24 des ersten Schwinghebels 3 kann auch eine Stirnfläche des zweiten Schwinghebels 4 gegen einen Anschlag des Vorsprungs 22 bewegt werden, der durch eine vom Anschlag 27 abgewandte Fläche gebildet wird.
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Da die beiden Schwinghebel 3 und 4 zur Hebelachse 18 eine durch die Nocken 11 oder 12 der Nockengruppe 5 bzw. durch die Nocken 13 oder 14 der Nockengruppe 8 bewirkte Schwenkbewegung ausführen müssen, sind an diesen Schmierölbohrungen 28 und 29 zur Zuführung des Motoröls an die entsprechende Gleitlagerung der Schwinghebel 3 und 4 vorgesehen. Wie weiterhin aus den 1, 2, 5 und 6 hervorgeht, sind auf der Nockenwelle 15 zwischen der ersten Nockengruppe 5 und dem Kettenrad 16 zwei symmetrisch zueinander verlaufende Steuerkonturen 30 und 31 vorgesehen, die kurvenförmig zu einer auf einer Querebene der Nockenwelle 15 liegenden Symmetrieachse verlaufen. In den 1 und 5 sind Einlaufphasen 32 und 33 dieser Steuerkonturen 30 und 31 sichtbar, während aus den 2 und 6 die Enden derselben hervorgehen. Dabei können die Steuerkonturen 30 und 31, wie dargestellt, auf einem Bund 34 der Nockenwelle 15 vorgesehen sein.
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Die in der Hebelbrücke 18 drehbar und längsverschiebbar gelagerte Hebelachse 19 ist mit einer Abtriebswelle 35 eines ortsfest am Zylinderkopf angebrachten Rotativaktuator 36 verbunden, der die Hebelachse 19 für eine Umschaltung des Ventiltriebs zwischen den unterschiedlichen Nockenerhebungskurven jeweils in unterschiedlichen Drehrichtungen verdreht. Weiterhin sind an der Hebelachse 19 zwei als Passstifte 37 und 38 ausgebildete Mitnehmer 39 und 40 vorgesehen, die sich von der Hebelachse 19 aus radial nach außen erstrecken. Durch die zuvor erwähnte Verdrehung der Hebelachse 19 mittels des Rotativaktuators 36 kann abwechselnd, entweder der Mitnehmer 39 an die Steuerkontur 30 oder der Mitnehmer 40 an die Steuerkontur 31 bewegt werden. Das führt dazu, dass der entsprechende Mitnehmer 39, 40 an der Steuerkontur 30, 31 der rotierenden Nockenwelle 15 die Kurvenbahn oder schräge Laufbahn durchläuft, wodurch die Hebelachse 19 in einer der beiden Richtungen längsverstellt wird.
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Dabei werden die beiden Schwinghebel 3 und 4 von der Hebelsachse 19 mitgenommen, da beidseitig derselben jeweils Sicherungsringe 41 vorgesehen sind. Die Verschiebebewegung der Hebelachse 19 wird dadurch abgebremst, dass die vorgenannten Stirnflächen 24 und 25 des ersten Schwinghebel 3 mit den Anschlägen 26 und 27 zusammenwirken. In diesen Positionen wird die Hebelachse 19 außerdem über eine zwischen der Hebelbrücke 18 und der Hebelachse 19 wirkenden Arretiereinrichtung 42 verriegelt. Wie aus den 1 und 5 hervorgeht, weisen die Schwinghebel 3 und 4 jeweils eine Aussparung 43 bzw. 44 auf, innerhalb sich der große Nocken 12 bzw. 14 lastfrei bewegen kann, wenn der kleine Nocken 11 bzw. 13 geschaltet ist.
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Aus der 3 gehen die Ausbildung der Steuerkonturen 30 und 31 und deren Anordnung 30 und 31 auf dem Bund 34 der Nockenwelle 15 hervor. Dabei werden die Steuerkonturen 30 und 31 durch S-förmig verlaufende Kanten einer radial über eine Außenmantelfläche 45 des Bundes 34 vorstehenden Steuerungsplatine 46 gebildet. Die gesamte Anordnung kann wahlweise durch einen spangebenden Umformprozess unmittelbar an der Nockenwelle 15 hergestellt werden, oder der Bund 34 wird in einem spanlosen Umformprozess hergestellt und mit der daran ausgebildeten Steuerungsplatine 46 versehen, woraufhin dieses als Buchse ausgebildete Teil auf die Nockenwelle 15 aufgepresst wird. Weiterhin geht aus der Darstellung nach 3 hervor, dass die Steuerkonturen 30 und 31 symmetrisch zu einer Symmetrieachse 47 verlaufen.
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Die weitere 4 zeigt einen Ausschnitt der Führung der Hebelachse 19 in dem Vorsprung 22 im Längsschnitt. Danach ist die Hebelachse 19 zur Schaffung der Arretiereinrichtung 42 mit zwei umlaufenden Arretiernuten 48 und 49 versehen, zwischen denen somit ein kegelförmiges Rastgebirge 50 mit Rampen 51 und 52 ausgebildet ist. Der Vorsprung 22 der Hebelbrücke 18 nimmt ein Rastgehäuse 53 mit einer über eine Druckfeder 54 an dessen Boden abgestützten Kugel 55 auf. Diese Kugel 55 greift abwechselnd in eine der Arretiernuten 48 oder 49 ein.
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Wie aus den 1 und 2 hervorgeht, ist durch den mittels des Rotativaktuators 36 verschwenkten, an der Steuerkontur 30 geführten Mitnehmer 39 die Hebelachse 19 soweit verschoben, dass die von diesem mitgenommenen Schwinghebel 3 und 4 eine Position für die Übertragung eines kleinen Nockenhubes auf die Gaswechselventile 7 und 9 einnehmen. Bei Erreichen einer Position, in der die beiden kleinen Nocken 11 und 13 an den entsprechenden Schwinghebeln 3 und 4 angreifen, wird die Verschiebebewegung durch den Anschlag 26 begrenzt. Die beiden Gaswechselventile 7 und 9 werden mit einem kleinen Ventilhub betätigt. Durch einen Pfeil soll verdeutlicht werden, in welcher Richtung die Hebelachse bei einem anschließenden Umschaltvorgang verschoben wird.
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Aus der vorgenannten Position für einen kleinen Ventilhub wird der Ventiltrieb in seine andere Position für einen großen Ventilhub umgeschaltet, die dieser in den 5 und 6 einnimmt. Dafür wird der Rotativaktuator 36 derart betätigt, dass der Mitnehmer 40 gegen die Steuerkontur 31 bewegt wird. Diese nimmt den Mitnehmer 40 und somit die Hebelachse 19 mit, so dass als Folge davon die beiden Schwinghebel 3 und 4 soweit verlagert werden, dass an ihnen die jeweiligen großen Nocken 12 und 14 der entsprechenden Nockenruppen 5 und 8 angreifen. Diese Position der Längsverschiebung wird erreicht, wenn die entsprechende Stirnfläche 25 an den Anschlag 27 bewegt wird. Der Ventiltrieb ist somit auf einen großen Ventilhub der Gaswechselventile 7 und 9 umgeschaltet.
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Den vorstehend erläuterten Figuren kann somit entnommen werden, dass sich durch die Längsverschiebung der Hebelachse 19 gemeinsam mit den beiden Schwinghebeln 3 und 4 in eine der beiden Verschieberichtungen eine verzögerungsfreie Umschaltung der Ventilbetätigung in der Grundkreisphase der jeweiligen beiden Nocken 11, 12, 13, und 14 von einer Nockenkontur auf die andere erzielen lässt. Sowohl die Gesamtanordnung dieses erfindungsgemäß ausgebildeten Ventiltriebs als auch die aus den beiden Mitnehmern 39 und 40 sowie den Steuerkonturen 30 und 31 bestehende Umschalteinrichtung der beiden Schwinghebel 3 und 4 sind kostenmäßig günstig herstellbar und daher für eine Großserie geeignet. Wegen seiner geringen baulichen Abmessungen ist der erfindungsgemäß schaltbare Ventiltrieb insbesondere für eine Verwendung in Krafträdern geeignet, wobei, wie bereits dargelegt, vorzugsweise Einlassventile mit unterschiedlichem Ventilhub betätigt werden. Da der Verstellvorgang von der Nockenwelle 15 ausgeführt wird, können die Anforderungen an den Verstellvorgang auslösenden Rotativaktuator 36, der nur noch die an der Hebelachse 19 vorgesehenen Mitnehmer 39 und 40 mit jeweils der einen oder der anderen Steuerkontur in Eingriff bringt, hinsichtlich der Schaltzeit und der Schaltkraft deutlich reduziert werden. Das führt dazu, dass sich der Rotativaktuator 36 sowohl hinsichtlich seiner Herstellungskosten als auch des von ihm beanspruchten Bauraums günstig ausführen lässt. Das Risiko von Fehlschaltungen wird dadurch vermieden, dass die Steuerkonturen 30 und 31 auf der Nockenwelle 15 angeordnet sind. Damit wird sichergestellt, dass eine Umschaltung der Schwinghebel 3 und 4 nur in der Grundkreisphase der beiden Nocken 11 und 12 bzw. 13 und 14 der Nockengruppen 5 und 8 erfolgt kann.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- erster Nockenfolger
- 2
- zweiter Nockenfolger
- 3
- erster Schwinghebel
- 4
- zweiter Schwinghebel
- 5
- erste Nockengruppe
- 6
- Ventilschaftende
- 7
- Gaswechselventil
- 8
- zweite Nockengruppe
- 9
- Gaswechselventil
- 10
- Ventilschaftende
- 11
- kleiner Nocken von 5
- 12
- großer Nocken von 5
- 13
- kleiner Nocken von 8
- 14
- großer Nocken von 8
- 15
- Nockenwelle
- 16
- Kettenrad
- 17
- Nockenwellenlagergehäuse
- 18
- Hebelbrücke
- 19
- Hebelachse
- 20
- Ventilschaftauflagefläche
- 21
- Vorsprung
- 22
- Vorsprung
- 23
- Vorsprung
- 24
- Stirnfläche von 3
- 25
- Stirnfläche von 3
- 26
- Anschlag für 24
- 27
- Anschlag für 25
- 28
- Schmierölbohrung
- 29
- Schmierölbohrung
- 30
- Steuerkontur
- 31
- Steuerkontur
- 32
- Einlaufphase von 30
- 33
- Einlaufphase von 31
- 34
- Bund von 15
- 35
- Abtriebswelle
- 36
- Rotativaktuator
- 37
- erster Passstift
- 38
- zweiter Passstift
- 39
- erster Mitnehmer
- 40
- zweiter Mitnehmer
- 41
- Sicherungsring
- 42
- Arretiereinrichtung
- 43
- Aussparung von 3
- 44
- Aussparung von 4
- 45
- Außenmantelfläche
- 46
- Steuerungsplatine
- 47
- Symmetrieachse
- 48
- Arretiernut
- 49
- Arretiernut
- 50
- Rastgebirge
- 51
- Rampe
- 52
- Rampe
- 53
- Rastgehäuse
- 54
- Druckfeder
- 55
- Kugel
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102011101871 A1 [0006, 0007, 0015]
