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Die Erfindung betrifft eine Ventiltriebvorrichtung.
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Es ist bereits eine Ventiltriebvorrichtung bekannt, insbesondere für eine Brennkraftmaschine, mit zumindest einer Nockenwelle, die zumindest ein axial verschiebbares Nockenelement, das zumindest einen mehrspurigen Nocken zur Betätigung zumindest eines Gaswechselventils aufweist, und die zumindest ein axial verschiebbares Formschlusselement aufweist, das mit dem Nockenelement verbunden ist, und mit einem Schaltaktor, der zur axialen Verschiebung des zumindest einen Nockenelements vorgesehen ist.
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Der Erfindung liegt insbesondere die Aufgabe zugrunde, ein Gewicht der Ventiltriebvorrichtung zu verringern. Sie wird durch eine erfindungsgemäße Ausgestaltung entsprechend dem Anspruch 1 gelöst. Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.
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Die Erfindung geht aus von einer Ventiltriebvorrichtung, insbesondere für eine Brennkraftmaschine, mit zumindest einer Nockenwelle, die zumindest ein axial verschiebbares Nockenelement, das zumindest einen mehrspurigen Nocken zur Betätigung zumindest eines Gaswechselventils aufweist, und die zumindest ein axial verschiebbares Formschlusselement aufweist, das mit dem Nockenelement verbunden ist, und mit einem Schaltaktor, der zur axialen Verschiebung des zumindest einen Nockenelements vorgesehen ist.
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Es wird vorgeschlagen, dass die Ventiltriebvorrichtung eine permanente Wirkverbindung zwischen dem Schaltaktor und dem Formschlusselement umfasst, die eine von einem Drehwinkel der Nockenwelle abhängige Wirkfläche aufweist. Dadurch kann eine an zu übertragende Schaltkräfte in Axialrichtung angepasste Wirkfläche der Wirkverbindung bereitgestellt werden. Insbesondere kann in Drehwinkelbereichen, in denen nur geringe oder gar keine Schaltkräfte übertragen werden, eine kleine Wirkfläche eingesetzt werden. Bauteile, die die Wirkfläche ausbilden, können daher in diesen Drehwinkelbereichen mit einer verringerten Größe ausgeführt werden, wodurch die Ventiltriebvorrichtung mit einem verringerten Gewicht ausgeführt werden kann. Ferner befindet sich in einem Betrieb der Ventiltriebvorrichtung Öl auf der Wirkfläche, auf das durch die Drehung der Nockenwelle im Betrieb Scherkräfte wirken, welche eine Reibung der Nockenwelle erhöhen. Durch die kleine Wirkfläche wird in diesen Drehwinkelbereichen, in denen nur geringe oder gar keine Schaltkräfte übertragen werden, nur ein verringertes Ölvolumen den Scherkräften ausgesetzt. Die Ventiltriebvorrichtung weist dadurch in einem Betrieb eine verringerte Reibung auf, wodurch ein Kraftstoffverbrauch der Ventiltriebvorrichtung verringert wird.
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Ferner wird vorgeschlagen, dass das Formschlusselement zumindest eine an den Drehwinkel angepasste Kraftübertragungsfläche aufweist, die für eine formschlüssige Verbindung mit dem Schaltaktor vorgesehen ist. Dadurch kann auf konstruktiv einfache Weise eine an zu übertragende Schaltkräfte in Axialrichtung angepasste Wirkfläche der Wirkverbindung bereitgestellt werden.
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Des Weiteren wird vorgeschlagen, dass der Schaltaktor ein axial verschiebbares Schaltelement umfasst, das zumindest eine drehwinkelunabhängige Kraftübertragungsfläche aufweist. Dadurch kann eine einfache Konstruktion der Ventiltriebvorrichtung erreicht werden.
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Weiterhin wird vorgeschlagen, dass die Wirkfläche von einer Kontaktfläche zwischen der Kraftübertragungsfläche des Formschlusselements und der Kraftübertragungsfläche des Schaltelements gebildet ist. Dadurch kann eine einfache Konstruktion der Ventiltriebvorrichtung erreicht werden.
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Des Weiteren wird vorgeschlagen, dass das Formschlusselement zumindest zwei Segmente aufweist, in denen die Kraftübertragungsfläche unterschiedliche Radialerstreckungen aufweist. Dadurch kann auf konstruktiv einfache Weise eine an zu übertragende Schaltkräfte in Axialrichtung angepasste Wirkfläche der Wirkverbindung bereitgestellt werden.
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Ferner wird vorgeschlagen, dass das Formschlusselement in zumindest einem der beiden Segmente eine konstante Radialerstreckung aufweist. Dadurch kann auf konstruktiv einfache Weise eine an zu übertragende Schaltkräfte in Axialrichtung angepasste Wirkfläche der Wirkverbindung bereitgestellt werden.
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Weiterhin wird vorgeschlagen, dass eines der Segmente sich über einen Winkelbereich der Nockenwelle erstreckt, in dem eine Durchführung der axialen Verschiebung des zumindest einen Nockenelements vorgesehen ist, und eine Radialerstreckung aufweist, die größer ist als eine Radialerstreckung des anderen Segments. Dadurch kann auf konstruktiv einfache Weise eine an zu übertragende Schaltkräfte in Axialrichtung angepasste Wirkfläche der Wirkverbindung bereitgestellt werden.
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Ferner wird vorgeschlagen, dass das Formschlusselement als umlaufende Rippe ausgebildet ist. Dadurch kann eine einfache Konstruktion des Formschlusselements erreicht werden.
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Des Weiteren wird vorgeschlagen, dass das Schaltelement das Formschlusselement beidseitig umgibt. Dadurch kann eine einfache Konstruktion des Schaltaktors erreicht werden.
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Weitere Vorteile ergeben sich aus der folgenden Figurenbeschreibung. In den Figuren ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Die Figuren, die Figurenbeschreibung 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 schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Ventiltriebvorrichtung mit einer Nockenwelle, die ein axial verschiebbares Nockenelement aufweist, mit einem axial verschiebbaren Formschlusselement, das mit dem Nockenelement verbunden ist, mit einem Schaltaktor zur axialen Verschiebung des Nockenelements, und mit einer permanenten Wirkverbindung zwischen dem Schaltaktor und dem Formschlusselement, die eine von einem Drehwinkel der Nockenwelle abhängige Wirkfläche aufweist, und
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2 einen Querschnitt durch die Nockenwelle, das Nockenelement und das Formschlusselement.
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Die 1 und 2 zeigen eine Ventiltriebvorrichtung 10 für eine Brennkraftmaschine, mit einer Nockenwelle 11, die ein axial verschiebbares Nockenelement 13 aufweist, das zwei mehrspurige Nocken 14, 18 aufweist, und ein axial verschiebbares Formschlusselement 22, das mit dem Nockenelement 13 verbunden ist. Das Formschlusselement 22 erstreckt sich entlang eines gesamten Umfangs der Nockenwelle 11 und bildet eine umlaufende Angriffskontur aus. An der Angriffskontur des Formschlusselements 22 greifen bei einem Verschiebevorgang zu einer axialen Verschiebung des Nockenelements 13 Schaltkräfte an und verschieben das Formschlusselement 22 axial auf der Nockenwelle 11. Durch eine Verbindung des Formschlusselements 22 mit dem Nockenelement 13 wird dadurch das Nockenelement 13 axial verschoben. In dem gezeigten Ausführungsbeispiel ist das Formschlusselement 22 einstückig mit dem Nockenelement 13 ausgeführt. In einer alternativen Ausgestaltung kann das Formschlusselement 22 getrennt von dem Nockenelement 13 ausgeführt sein und bei einer axialen Verschiebung das Nockenelement 13 mittelbar durch die Verbindung mit dem Nockenelement 13 verschieben. Das Formschlusselement 22 ist als umlaufende Rippe ausgeführt.
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Die Nockenwelle 11 umfasst eine Triebwelle 12, auf der das Nockenelement 13 angeordnet ist. Die Triebwelle 12 weist an ihrem Außenumfang eine Geradverzahnung auf. Das Nockenelement 13 weist an seinem Innenumfang eine korrespondierende Geradverzahnung auf, die in die Geradverzahnung der Triebwelle 12 eingreift. Das Nockenelement 13 ist auf der Triebwelle 12 drehfest, aber in beide Axialrichtungen verschiebbar gelagert. Die Triebwelle 12 umfasst eine Kurbelwellenanbindung zur Anbindung an eine nicht näher dargestellte Kurbelwelle. In alternativen Ausgestaltungen kann auf die Triebwelle 12 verzichtet werden, beispielsweise indem die Nockenwelle 11 aus mehreren Nockenelementen 13 zusammengesetzt ist, die an ihren Rändern ineinandergreifen.
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Die Ventiltriebvorrichtung 10 umfasst einen Schaltaktor 23 zur axialen Verschiebung des Nockenelements 13. Die zwei mehrspurigen Nocken 14, 18 umfassen jeweils drei Teilnocken 15, 16, 17, 19, 20, 21 mit unterschiedlichen Nockenspuren, die unterschiedliche Ventilhubkurven ausbilden. Jeweils ein Teilnocken 15, 16, 17, 19, 20, 21 der Nocken 14, 18 ist mit jeweils einem nicht näher dargestellten Nockenfolger zur Betätigung eines Gaswechselventils der Brennkraftmaschine in Kontakt. Der Schaltaktor 23 verschiebt das Nockenelement 13 axial, um zwischen den unterschiedlichen Teilnocken 15, 16, 17 des Nockens 14 und den Teilnocken 19, 20, 21 des Nockens 18 umzuschalten, die mit dem Nockenfolger in Kontakt sind. Die Ventiltriebvorrichtung 10 weist eine permanente Wirkverbindung zwischen dem Schaltaktor 23 und dem Formschlusselement 22 auf. Über die permanente Wirkverbindung wird die Schaltkraft zur axialen Verschiebung des Nockenelements 13 übertragen. Die permanente Wirkverbindung bleibt während eines gesamten Betriebs der Ventiltriebvorrichtung 10 und über eine komplette Umdrehung der Nockenwelle 11 bestehen.
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Der Schaltaktor 23 ist an einem schematisch dargestellten Nockenwellengehäuse 28 angeordnet und dort befestigt. Der Schaltaktor 23 umfasst ein Gehäuse, das fest mit dem Nockenwellengehäuse 28 verbunden ist, sowie ein axial verschiebbares Schaltelement 26. Der Schaltaktor 23 umfasst in dem dargestellten Ausführungsbeispiel weiter eine drehbare Spindel 24 und einen die Spindel 24 antreibenden Elektromotor 25. Das Schaltelement 26 ist an der Spindel 24 angeordnet. Durch eine Drehung der Spindel 24 durch den Elektromotor 25 wird das Schaltelement 26 axial verschoben. In alternativen Ausgestaltungen kann anstelle des Elektromotors 25 beispielsweise ein hydraulischer Antrieb oder eine andere Antriebsmaschine verwendet werden. Anstelle einer Spindel 24 kann als Träger des Schaltelements 26 beispielsweise eine Laufschiene oder eine Seilvorrichtung verwendet werden.
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Das Formschlusselement 22 bildet eine Schnittstelle zur Aufbringung der in axialer Richtung wirkenden Schaltkraft auf das Nockenelement 13 aus. Die in axialer Richtung wirkende Schaltkraft wird lediglich von dem Schaltaktor 23 aufgebracht und ist unabhängig von einer Drehbewegung der Nockenwelle 11. Ein Verlauf einer axialen Verschiebebewegung wird allein von dem Schaltaktor 23 über den Elektromotor 25, der die Spindel 24 antreibt und damit das Schaltelement 26 verschiebt, bestimmt.
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Das Schaltelement 26 umfasst zwei Gabelvorsprünge 29, 30 und eine zwischen den Gabelvorsprüngen 29, 30 verlaufende Eingriffsnut 27. Das als umlaufende Rippe ausgeführte Formschlusselement 22 greift in der permanenten Wirkverbindung in die Eingriffsnut 27 ein und wird von den Gabelvorsprüngen 29, 30 umschlossen. Das Schaltelement 26 umgreift das Formschlusselement 22 beidseitig. Die Eingriffsnut 27 weist eine geringfügig größere Abmessung auf als das Formschlusselement 22, um Fertigungstoleranzen sowie Wärmeausdehnungen des Formschlusselements 22 und/oder des Schaltelements 26 zu kompensieren. Bei einer axialen Verschiebung des Nockenelements 13 stößt das Formschlusselement 22 an Kanten der Ausnehmung des Schaltelements 26 und wird von diesem in der Axialposition innerhalb von Toleranzgrenzen der Eingriffsnut 27 gehalten. Das Schaltelement 26 hält mit den Gabelvorsprüngen 29, 30 und der Eingriffsnut 27 das Formschlusselement 22 nach Abschluss der axialen Verschiebung durch die permanente Wirkverbindung in einer definierten Axialposition.
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Die permanente Wirkverbindung zwischen dem Schaltaktor 23 und dem Formschlusselement 22 weist eine von einem Drehwinkel der Nockenwelle 11 abhängige Wirkfläche 31 auf. Die Wirkfläche 31 ist in einem Drehwinkelbereich an zu übertragende Schaltkräfte in dem Drehwinkelbereich angepasst.
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Das Formschlusselement 22 weist zwei an den Drehwinkel angepasste Kraftübertragungsflächen 32, 33 auf, die für eine formschlüssige Verbindung mit dem Schaltaktor 23 vorgesehen sind. Die Kraftübertragungsflächen 32, 33 sind von Seitenflächen des als umlaufende Rippe ausgeführten Formschlusselements 22 ausgeführt. Das Schaltelement 26 weist zwei drehwinkelunabhängige Kraftübertragungsflächen 34, 35 auf, die von sich gegenüberliegenden Innenflächen der Gabelvorsprünge 29, 30 gebildet sind.
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Die Wirkfläche 31 wird von einer Kontaktfläche zwischen der Kraftübertragungsfläche 32, 33 des Formschlusselements 22 und der Kraftübertragungsfläche 34, 35 des Schaltelements 26 gebildet. In einem Betrieb der Ventiltriebvorrichtung 10 liegen jeweils stets eine der Kraftübertragungsflächen 32, 33 des Formschlusselements 22 an einer der Kraftübertragungsflächen 34, 35 des Schaltelements 26 an. In 1 ist jedoch zu einer besseren Erkennbarkeit ein Abstand zwischen den Kraftübertragungsflächen 32, 33 des Formschlusselements 22 und der Kraftübertragungsflächen 34, 35 des Schaltelements 26 dargestellt. Bei einer Verschiebung des Nockenelements 13 in eine Axialrichtung liegen die Kraftübertragungsfläche 32 des Formschlusselements 22 und die Kraftübertragungsfläche 34 des Schaltelements 26 durch die Verschiebung des Schaltelements 26 aneinander an und bilden die Wirkfläche 31 aus, bei einer Verschiebung in eine gegenläufige Axialrichtung liegen die Kraftübertragungsfläche 33 des Formschlusselements 22 und die Kraftübertragungsfläche 35 des Schaltelements 26 durch die Verschiebung des Schaltelements 26 aneinander an und bilden die Wirkfläche 31 aus.
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Das Formschlusselement 22 weist zwei Segmente 36, 37 auf, in denen die Kraftübertragungsfläche 33, 34 unterschiedliche Radialerstreckungen aufweist (vgl. 2). Durch die unterschiedliche Radialerstreckungen ist in den Segmenten 36, 37 die Kraftübertragungsfläche 32, 33 des Formschlusselements 22 jeweils unterschiedlich groß ausgeführt.
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Das Formschlusselement 22 weist in den zwei Segmenten 36, 37 jeweils eine konstante Radialerstreckung auf. Eines der Segmente 37 erstreckt sich über einen Winkelbereich der Nockenwelle 11, in dem eine Durchführung der axialen Verschiebung des Nockenelements 13 vorgesehen ist, und weist eine Radialerstreckung auf, die größer ist als eine Radialerstreckung des anderen Segments 36. In dem Winkelbereich der Nockenwelle 11, in dem die Durchführung der axialen Verschiebung des Nockenelements 13 vorgesehen ist, findet keine Betätigung eines Gaswechselventils durch die Nocken 14, 18 statt.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Ventiltriebvorrichtung
- 11
- Nockenwelle
- 12
- Triebwelle
- 13
- Nockenelement
- 14
- Nocken
- 15
- Teilnocken
- 16
- Teilnocken
- 17
- Teilnocken
- 18
- Nocken
- 19
- Teilnocken
- 20
- Teilnocken
- 21
- Teilnocken
- 22
- Formschlusselement
- 23
- Schaltaktor
- 24
- Spindel
- 25
- Elektromotor
- 26
- Schaltelement
- 27
- Eingriffsnut
- 28
- Nockenwellengehäuse
- 29
- Gabelvorsprung
- 30
- Gabelvorsprung
- 31
- Wirkfläche
- 32
- Kraftübertragungsfläche
- 33
- Kraftübertragungsfläche
- 34
- Kraftübertragungsfläche
- 35
- Kraftübertragungsfläche
- 36
- Segment
- 37
- Segment
