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Gebiet der Erfindung
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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Betätigung verschiebbarer Kuppelelemente, die einer Gruppe schaltbarer hebelartiger Nockenfolger einer Hubkolbenbrennkraftmaschine zugeordnet ist, wobei die in einem Zylinderkopf angeordneten Nockenfolger jeweils aus einem Außenhebel und einem Innenhebel bestehen, die an einem Ende über eine Schwenkachse miteinander verbunden und vorzugsweise am anderen Ende über das verschiebbare Kuppelelement formschlüssig aneinander verriegelbar sind, wobei der Innenhebel in seinem entriegelten Zustand bewegungsmäßig vom Außenhebel getrennt und in seinem verriegelten Zustand bewegungsmäßig mit dem Außenhebel verbunden ist, mit einem mit den Kuppelelementen zusammenwirkenden Stellelement, das sich in Längsrichtung des Zylinderkopfes erstreckt und mittels eines Aktuators betätigbar ist.
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Stand der Technik
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Schlepphebel, Schwinghebel oder Kipphebel, die allgemein unter dem Sammelbegriff „Hebelartige Nockenfolger“ bekannt sind, werden in Ventiltrieben von Brennkraftmaschinen verwendet, um als Bauelemente einer Ventilsteuerung den Nockenhub eines Nockens einer Nockenwelle auf das entsprechende als Einlass- oder Auslassventil ausgebildete Gaswechselventil zu übertragen. Dabei wird das Gaswechselventil aufgrund des auf den Nockenfolger wirkenden Nockenhubes gegen die Kraft einer Ventilfeder in seine Öffnungsstellung bewegt wird.
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Die Nockenfolger bestehen aus einem als spanlos geformtes Blechteil oder als Feingussteil hergestellten Hebel, der im Fall eines Schlepphebels an einem Ende über eine an diesem vorgesehene Kugelkalotte mittels eines einen Kugelkopf aufweisenden Abstützelements am Zylinderkopf der Brennkraftmaschine abgestützt ist. Handelt es sich dagegen um einen Schwinghebel, so ist der Hebel an einer horizontal verlaufenden Welle angelenkt, über die auch einem Einsteckelement Schmieröl für einen hydraulischen Ventilspielausgleich zugeführt wird. Zumeist sind Schwinghebel als Doppelhebel mit einer gemeinsamen Nockenrolle versehen und dienen somit zur Betätigung von zwei Gaswechselventilen.
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Zur Reduzierung der Abgasemission und des Verbrauchs der Hubkolbenbrennkraftmaschine werden Ventiltriebe schaltbar ausgebildet, wobei unter dieser Schaltbarkeit des Ventiltriebs dessen Umschaltung oder Abschaltung zu verstehen ist. Eine Umschaltung mittels einer Umschalteinrichtung erfolgt zwischen zwei unterschiedlichen Ventilhüben und eventuell zwei unterschiedlichen Ventilhubverläufen. Bei einer Abschaltung mittels einer Abschalteinrichtungen wird hingegen die Betätigung des Gaswechselventils deaktiviert, das heißt, es wird ein sogenannter Nullhub realisiert, bei dem das zugeordnete Gaswechselventil nicht öffnet obwohl ein Nocken einer sich drehenden Nockenwelle Bauteile des Schlepphebels, wie z.B. ein Innenelement, betätigt.
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Sowohl bei einer Abschalteinrichtung als auch bei einer Umschalteinrichtung dienen Kuppelelemente zur wahlweisen Koppelung von Bauelementen des Schlepp- oder Schwinghebels, wobei diese Verriegelungsmittel in der Regel eine einfachwirkende hydraulische Aktuatorik aufweisen, d.h., sie sind mittels Federkraft in einer ersten Stellung gehalten und werden aus dieser zumeist durch hydraulische Druckbeaufschlagung in ihre zweite Stellung verschoben.
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Weiterhin können schaltbare Schlepphebel sowohl außen- als auch innenhebelseitig Nockenkontakte aufweisen, so dass neben dem zumeist mit dem Innenhebel zusammenwirkenden Haupthubnocken zumindest ein weiterer, jedoch meist zwei beiderseits des Haupthubnockens angeordnete Hilfshub-, Umschalthub- oder Grundkreisnocken vorgesehen sind. Ein Umschaltnocken kann dabei eine radiale Erstreckung aufweisen, die einem Grundkreis des Haupthubnockens entspricht.
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Ein schaltbarer, aus einem Außen- und einem Innenhebel bestehender Schlepphebel für einen Ventiltrieb einer Brennkraftmaschine der vorgenannten Gattung ist aus der
US 6,499,451 B1 bekannt. Dabei umgreift der Außenhebel mit seinen Seitenwänden den Innenhebel, der mit einer Gleitfläche für den Anlauf eines ersten Nockens einer Nockenwelle versehen ist. Weiterhin sind an den beiden oberen Rändern der Seitenwände des Außenhebels Nockenanlaufflächen vorgesehen, die mit zweiten Nocken einer Nockenwelle zusammenwirken. Die Seitenwände des Außenhebels sind im Bereich ihrer Enden über Querstege mit einander verbunden. An seiner Unterseite weist der Schlepphebel an einem Quersteg eine Anlagefläche für ein Gaswechselventil und am gegenüberliegenden Quersteg eine Kugelkalotte auf, wobei an letzterer ein Kugelkopf eines Abstützelements angreift. Beide Hebel sind an dem Ende, an dem sich die Anlagefläche befindet, über eine gemeinsame Schwenkachse miteinander verbunden, so dass der Innenhebel gegenüber dem Außenhebel eine Schwenkbewegung ausführen kann. Außerdem weist der Außenhebel ein Gehäuse auf, in dem ein federbelasteter Verriegelungskolben gleitend geführt ist.
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Das als Kolben ausgebildete Kuppelelement verbindet in einer verriegelten Stellung des Schlepphebels den Innenhebel bewegungsmäßig mit dem Außenhebel, d.h., wenn der Nocken der Nockenwelle den Innenhebel an seiner Gleitfläche betätigt, wird das Gaswechselventil geöffnet. In einer entriegelten Stellung des Schlepphebels ist der Innenhebel bewegungsmäßig vom Außenhebel getrennt und kann zu diesem die Schwenkbewegung ausführen. Das führt dazu, dass von dem ersten Nocken zwar der Innenhebel, nicht aber der Außenhebel und das an diesem anliegende Gaswechselventil betätigt wird. Darüber hinaus kann über zwei mit dem Außenhebel zusammenwirkende weitere Nocken, die verglichen mit dem ersten Nocken eine andere Nockenkontur aufweisen, eine Öffnungsbewegung des Gaswechselventils erfolgen.
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Die Betätigung des mittels einer Druckfeder in seine Entriegelungsstellung vorgespannten Kolbens erfolgt dabei mittels eines in ein Ventiltriebgehäuse eingesetzten elektromagnetischen Aktuators, dessen Anker quer zu einem drehbar im Ventiltriebgehäuse gelagerten Stellelement verläuft. Dieses als drehbare Welle ausgebildete Stellelement nimmt einen mit dem Anker zusammenwirkenden ersten Schwenkhebel und mehrere, den einzelnen Verriegelungskolben zugeordnete zweite, flexibel ausgebildete Schwenkhebel auf. Wenn der erste Schwenkhebel von dem in seiner Längsrichtung verschobenen Anker mit einer Kraft beaufschlagt wird, führt das zu einer Verdrehung der Welle und somit zu einer Schwenkbewegung der zweiten Schwenkhebel, die an Laschen der Kolben angreifen und diese in ihre Verriegelungsposition verschieben.
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Offenbarung der Erfindung
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Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Betätigung eines Verriegelungsmittels für einen schaltbaren Nockenfolger zu schaffen, die sich räumlich günstig am Zylinderkopf anordnen lässt und deren für eine Verschiebung des Kuppelelements vorgesehene Aktuatorik in dessen beiden Schaltstellungen stromlos gehalten werden kann.
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Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des kennzeichnenden Teils des unabhängigen Patentanspruches 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den von diesem abhängigen Patentansprüchen wiedergegeben, welche jeweils für sich genommen oder in verschiedenen Kombinationen miteinander einen Aspekt der Erfindung darstellen können.
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Danach ist eine Vorrichtung zur Betätigung verschiebbarer Kuppelelemente einer Gruppe schaltbarer hebelartiger Nockenfolger einer Hubkolbenbrennkraftmaschine zugeordnet. An einem Zylinderkopf, der Bestandteil einer Zylinderbank ist, können eine oder mehrere Vorrichtungen vorgesehen sein, wobei in letzterem Fall mehr als eine Gruppe von Nockenfolgern unterschiedlich geschaltet werden können. Die Nockenfolger bestehen jeweils aus einem Außenhebel und einem Innenhebel, die an einem Ende über eine Schwenkachse miteinander verbunden und am anderen Ende über das verschiebbare Kuppelelement formschlüssig kuppelbar sind.
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Dabei ist der Innenhebel in seinem entkuppelten Zustand bewegungsmäßig vom Außenhebel getrennt und in seinem gekuppelten Zustand bewegungsmäßig mit dem Außenhebel verbunden. Weiterhin weist die Vorrichtung ein mit den Kuppelelementen zusammenwirkendes Stellelement auf, das sich in Längsrichtung des Zylinderkopfes erstreckt, also parallel zur Längsachse einer im Zylinderkopf verlaufenden Nockenwelle verläuft, und mittels eines Aktuators betätigbar ist. Der Aktuator, der vorzugsweise aus einem Elektromagneten mit einer elektrisch ansteuerbaren Spule und dem von der Spule bewegten Anker besteht, betätigt über das Stellelement die einzelnen Kuppelelemente entgegen der Kraft zumindest einer Feder. Es kann sich dabei um eine Betätigung der Kuppelelemente in ihre eingekuppelte oder ausgekuppelte Position handeln. Alternativ zur Verwendung eines elektromagnetischen Aktuators besteht aber auch die Möglichkeit, eine hydraulische Aktuatorik vorzusehen.
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Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass das über den Aktuator und die Kraft einer Rückstellfeder jeweils in eine Schaltposition betätigbare Stellelement linear verschiebbar am Zylinderkopf geführt ist, wobei mit dem Stellelement ein Verriegelungsmittel verbunden ist, das dieses in der jeweiligen Schaltposition fixiert. Durch die erfindungsgemäße Ausbildung des Stellelements als Schubleiste mit an dieser angeordneten Mitnehmern lässt sich insgesamt eine bauraumsparende Anordnung realisieren. Dabei können auch mehrere Schubleisten parallel angeordnet sein, so dass beispielsweise bei zwei Gruppen von Nockenfolgern zwei Vorrichtungen vorgesehen sein.
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Durch das erfindungsgemäße Zusammenwirken des Stellelements mit einem Verriegelungsmittel wird erreicht, dass der Aktuator nur zum Umschalten von einer Position zur anderen und wieder zurück benötigt wird. In den beiden verriegelten Positionen des Stellelements kann der Aktuator unbestromt sein. Wesentlich ist dabei, dass der Verschiebebewegung des Stellelements dazu geeignet ist, eine selbsttätige Verriegelung in den Schaltpositionen zu bewirken.
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Im Gegensatz dazu ist das Stellelement bei der Vorrichtung nach der
US 6,499,451 B1 als drehbar Welle ausgeführt, wobei der erste vom Aktuator betätigte Schwenkhebel die Welle verdreht und somit die zweiten an Kulissenelementen der Verriegelungskolben angreifenden Schwenkhebel betätigt. Für die Anordnung der schwenkbaren Elemente der Vorrichtung ist ein Bauraum erforderlich, der im Bereich des Zylinderkopfes moderner Brennkraftmaschinen nicht zur Verfügung steht. Außerdem weist die vorbekannte Vorrichtung keine das Stellelement in seiner jeweiligen Schaltposition fixierenden Verriegelungsmittel auf.
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In vorteilhafter Weise kann weiterhin das Verriegelungsmittel ein zumindest mittelbar mit dem Zylinderkopf verbundenes Basisteil und einen zumindest mittelbar mit dem Stellelement verbundenen Schieber aufweisen, die mit einer Führungskulisse und einem mit dieser zusammenwirkenden Eingriffsmittel versehen sind. Derartig ausgebildete Bauteile lassen sich in vorteilhafter Weise mit geringem Bauraumaufwand in ein Ventiltriebgehäuse des Zylinderkopfes integrieren. Das Eingriffsmittel wirkt derart mit der Führungskulisse zusammen, dass zumindest in einer durch den Aktuator bewirkten ausgefahrenen Stellung des Stellelements dessen Verriegelung erfolgt. Dabei kann in weiterer Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen sein, die Führungskulisse als Herzkurve mit in Längsrichtung der Führungskulisse zueinander versetzten Verriegelungsausnehmungen auszubilden. Eine derartige Herzkurve, die bei einer Kugelschreibermechanik verwendet wird, weist zwei mögliche Verriegelungspositionen für das Eingriffsmittel auf. Außerdem kann die Rückstelleder als Druckfeder ausgebildet und zwischen Stirnseiten des Basisteils und des Schiebers angeordnet sein.
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In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die mit dem Eingriffsmittel zusammenwirkende Herzkurve einen ersten Verriegelungspunkt mit zwei hierzu benachbart angeordneten Wendepunkten aufweist, in welchem die Feder vorgespannt ist, und dass die mit dem Eingriffsmittel zusammenwirkende Herzkurve einen zweiten Verriegelungspunkt mit einem diesem benachbarten Wendepunkt angeordneten Wendepunkten aufweist, in dem die Feder entlastet ist. In dem zweiten Verriegelungspunkt wird das Eingriffsmittel über die Restspannung der Rückstellfeder gehalten.
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Außerdem ist vorgesehen, dass der Schieber als zylindrischer Kolben und das Basisteil als eine Führungsbohrung aufweisendes Gehäuse ausgebildet sind, wobei die als Herzkurve ausgeführte Führungskulisse in einer Außenmantelfläche des Kolbens und eine umlaufende Ringnut in der Führungsbohrung vorgesehen sind, in der die Kugel in axialer Richtung gehalten ist. Vorzugsweise wird dabei das Verriegelungsmittel parallel zum Stellelement angeordnet.
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Weiterhin soll die Führungskulisse an einer ebenen Fläche des Schiebers vorgesehen sein, wobei das Eingriffsmittel als ein in die Herzkurve eingreifender Stift, der von einem schwenkbar an dem Basisteil geführten Arm ausgeht, ausgebildet ist. Vorzugsweise ist dabei der Arm über ein Federelement in Richtung eines Nutgrundes der Herzkurve vorgespannt. Das Federelement kann als Druckfeder ausgeführt sein, die sich einerseits am Arm und andererseits an einem am Basisteil angreifenden Deckel abstützt.
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Schließlich können zum einen an dem Stellelement ein gabelförmiger Mitnehmer und zum anderen am Schieber ein Bolzen befestigt sein, wobei der gabelförmige Mitnehmer in eine endseitig am Bolzen vorgesehene Umfangsnut eingreift. Am Bolzen können Einstellmittel vorgesehen sein, über die die Endlagen des Stellelements an die diesen zugeordneten Verriegelungspunkte angepasst werden können.
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Die Erfindung ist nicht auf die angegebene Kombination der Merkmale des unabhängigen Patenanspruches 1 und den von diesem abhängigen Patentansprüchen 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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Figurenliste
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Zur weiteren Erläuterung der Erfindung wird auf die Zeichnungen verwiesen, in denen verschiedene Ausführungsbeispiele vereinfacht dargestellt sind. Es zeigen:
- 1 als perspektivische Darstellung eine Teilansicht eines Zylinderkopfes mit einer in diesem angeordneten erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Betätigung verschiebbarer Kuppelelemente, die aus einem Aktuator, einem schaltbare Schlepphebel betätigenden Stellelement sowie einem Verriegelungsmittel besteht,
- 1a einen Längsschnitt durch eine Teilansicht eines schaltbaren Schlepphebels im Bereich von dessen mit einer Kugelkalotte und einem Kuppelbolzen versehenen Ende,
- 2 eine perspektivische Darstellung des gemäß 1 verwendeten Verriegelungsmittels, welches aus einem Basisteil und einem Schieber besteht und sich in einer Schaltstellung befindet, in welcher der Innenhebel und der Außenhebel voneinander entkoppelt sind,
- 2a einen Längsschnitt durch das Verriegelungsmittel der 2,
- 2b als perspektivische Darstellung das Verriegelungsmittel der 2, wobei dessen Deckel entfernt ist, so dass eine Führungskulisse und ein Eingriffsmittel sichtbar sind,
- 3 als perspektivische Darstellung eine Teilansicht des Stellelements mit den von diesem ausgehenden Mitnehmern,
- 3a das Verriegelungsmittel nach 2, wobei sich dieses in einer Schaltstellung befindet, in welcher der Innenhebel und der Außenhebel voneinander entkuppelt sind,
- 4 ein weiteres Ausgestaltungsbeispiel eines Verriegelungsmittels, bei dem eine Führungskulisse auf einer Abflachung eines zylindrisch ausgebildeten Schiebers angeordnet ist und ein aus einem Flachmaterial hergestellter Arm an einem von einem Basisteil ausgehenden axialen Fortsatz geführt ist,
- 4a als Draufsicht das Verriegelungsmittel nach der 4, bei welchem ein Deckel entfernt ist,
- 4b als perspektivische Darstellung das Verriegelungsmittel nach der 4a,
- 5 als perspektivische Darstellung ein weiteres Ausgestaltungsbeispiel eines Verriegelungsmittels, bei dem ein Arm des Verriegelungsmittels aus einem Rundmaterial hergestellt ist,
- 5a einen Längsschnitt durch einen Deckel des Verriegelungsmittels der 5, aus dem hervorgeht, dass der Arm durch eine Druckfeder in Richtung der Führungskulisse vorgespannt ist,
- 5b eine Draufsicht auf die Führungskulisse der 5 und 5a,
- 6 eine gegenüber der 5 abgewandelte Ausführungsform, bei der der Arm mittels einer Schlingfeder vorgespannt ist,
- 7 eine perspektivische Teilansicht eines Zylinderkopfes mit einer weiteren Ausführungsform eines Verriegelungsmittels, das an einem Lagerbock eines Nockenwellenlagers angeordnet ist,
- 7a einen Längsschnitt durch das Verriegelungsmittel der 7,
- 7b eine Teilansicht des Schiebers im Bereich einer als Herzkurve ausgebildeten Führungskulisse,
- 8 eine separate Darstellung der Herzkurve mit entsprechenden Wendepunkten und Verriegelungspunkten und
- 9 eine weitere Ausführungsform einer Herzkurve.
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Ausführliche Beschreibung der Zeichnung
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In der 1 ist mit 1 eine Vorrichtung zur Betätigung verschiebbarer Kuppelelemente 2 (siehe 1 a) bezeichnet, die zur Schaltung schaltbarer Nockenfolger 3, 3a, 3b und 3c vorgesehen sind. Die schaltbaren Nockenfolger 3, 3a, 3b und 3c sind in der 1 nur zum Teil sichtbar. Die Vorrichtung 1 ist an einem Zylinderkopf einer Hubkolbenbrennkraftmaschine anordenbar. Dabei sollen die Nockenfolger 3, 3a, 3b und 3c vorzugsweise als schaltbare Schlepphebel ausgebildet sein, die mit Nockenrollen versehen und über Abstützelemente am Zylinderkopf abstützbar sind.
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Wie der 1a zum Teil entnehmbar ist, bestehen die Nockenfolger 3, 3a, 3b und 3c jeweils aus einem am Abstützelement schwenkbar geführten Außenhebel 4 sowie einem gegenüber diesem schwenkbeweglichen oder verriegelbaren Innenhebel 5. Es kann sich anstelle der Schlepphebel natürlich auch um Schwinghebel oder um Kipphebel handeln. Die Vorrichtung 1 nach der 1 weist einen Aktuator 6 auf, mit dem eine lineare Verstellung eines als flache Schubleiste 8 ausgeführten Stellelements 7 erzielt wird. Das Stellelement 7 erstreckt sich dabei in Längsrichtung des Zylinderkopfes. Weiterhin geht aus der Darstellung ein Teil einer in dem Zylinderkopf über Lagerböcke 10, 10a und 10b gelagerte Nockenwelle 11 hervor, die in diesem Beispiel zwei Nocken 12, 12a und 13, 13a pro Zylindereinheit besitzt.
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Der Innenhebel 5 und der Außenhebel 4 sind an einem in 1a nicht näher dargestellten Ende über einen Bolzen gelenkig miteinander verbunden. An diesem Ende kann über den Außenhebel 4 ein Gaswechselventil betätigt werden. An dem vom bolzenseitigen Ende abgewandten Ende weist jeder Nockenfolger 3, 3a, 3b und 3c das entsprechende Kuppelelement 2 auf, das eine Verriegelung des Innenhebels 5 mit dem Außenhebel 4 oder eine bewegungsmäßige Trennung der beiden Hebel 4 und 5 erlaubt. Das in 1a gezeigte Ende des Außenhebels 4 ist mit einer Kugelkalotte 15 versehen, über die sich dieser schwenkbar an dem im Zylinderkopf 9 vorgesehenen Abstützelement (nicht dargestellt) abstützen kann.
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Das Kuppelelement 2 besteht aus einem über eine Druckfeder 16 belasteten, in Längsrichtung des Nockenfolgers 3, 3a, 3b und 3c verlaufenden Kuppelbolzen 17, der in einer Bohrung 18 eines Gehäuses 19 des Außenhebels 4 verschiebbar geführt ist und mit einem eine Anlagefläche 14 aufweisenden Ende ein Querjoch 20 des Innenhebels 5 untergreifen, also diesen am Außenhebel 4 festlegen oder ihn gegenüber diesem freigeben kann. Wie weiterhin erkennbar ist, kreuzt ein Steuerschieber 21 die Bohrung 18, wobei sowohl der Kuppelbolzen 17 als auch der Steuerschieber 21 mit einer als schiefe Ebene ausgebildeten Kulisse versehen sein sollen.
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Die beiden zusammenwirkenden Kulissen sorgen dafür, dass eine Längsbewegung des Steuerschiebers 21 eine Längsbewegung des Kuppelbolzens 17 bewirkt. Alternativ dazu kann der entsprechende hebelartige Nockenfolger auch mit einem quer, also parallel zur Längsachse der Nockenwelle 11 verlaufenden Kuppelbolzen versehen sein, so dass dieser direkt über Mitnehmer des Stellelements 7 betätigbar ist. Weiterhin ist gemäß 1 zwischen dem Lagerbock 10 und dem Stellelement 7 ein Verriegelungsmittel 22 angeordnet, mit dem das Stellelement 7 in jeder seiner beiden Schaltpositionen in einer zum Lagerbock relativen Lage verriegelbar ist.
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Zur Ausbildung dieses Verriegelungsmittel 22 wird insbesondere auf die nachfolgend erläuterten 2, 2a, 2b und 3a verwiesen. Das Verriegelungsmittel 22 nach diesen Figuren besteht aus einem Basisteil 23, welches, wie in der 1 gezeigt, über eine erste Befestigungsschraube 24 mit dem Lagerbock 10 verbunden ist. Weiterhin weist das Verriegelungsmittel 22 einen mittels einer zweiten Befestigungsschraube 25 mit dem Stellelement 7 verbundenen Schieber 26 auf (1), der gegenüber dem Basisteil 23 längsverschiebbar ausgebildet ist. In den 2 bis 2b und 3a sind entsprechende Bohrungen zur Aufnahme der Befestigungsschrauben 24 und 25 dargestellt.
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Weiterhin befindet sich zwischen Stirnseiten des Basisteils 23 und des Schiebers 26 eine Rückstellfeder 27, die, wie aus der perspektivischen Schnittdarstellung der 2a hervorgeht, in Sacklochbohrungen 28 und 29 des Basisteils 23 und des Schiebers 26 eingreift. Außerdem ist, wie insbesondere die 2b und 3a zeigen, über einen Zapfen 30 am Basisteil 23 ein aus einem Flachmaterial hergestellter Arm 31 schwenkbar geführt, dessen vom Zapfen 30 abgewandtes Ende 32 um etwa 90° umgebogen ist und in eine Führungskulisse 33 des Schiebers 26 eingreift.
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Als Führungskulisse 33 ist dabei eine Herzkurve 34 vorgesehen. Der Arm 31 und das von diesem ausgehende umgebogenes Ende 32 dienen somit als Eingriffsmittels 35, das bei einer durch den Aktuator 6 bewirkten Längsverschiebung des Stellelements 7 eine Bewegung innerhalb der Herzkurve 34 ausführt und den Schieber 26 selbsttätig in zwei unterschiedlichen Schaltstellungen verriegelt bzw. arretiert.
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In den 2, 2a und 2b befindet sich das Stellelement 7 jeweils in einer Position, in der beispielsweise die einzelnen Kuppelelemente 2 aus ihrer Eingriffsstellung am Querjoch 20 des Innenhebels 5 herausbewegt sind. Das Ende 32 des Arms 31 befindet sich in diesem Fall innerhalb der Herzkurve 34 in einem ersten Verriegelungspunkt 35a (siehe 2b). Wie weiterhin den 2 und 2a entnommen werden kann, soll die Führungskulisse 33 von einem Deckel 36, der sowohl am Basisteil 23 fixiert und am Schieber 26 verschiebbar geführt ist, abgedeckt sein.
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Die 3a zeigt die bereits in 2a im Längsschnitt dargestellte Anordnung, wobei sich dabei die erfindungsgemäße Vorrichtung allerdings in ihrer zweiten Schaltstellung befindet, in der beispielsweise die Kuppelelemente 2 am jeweiligen Querjoch 20 des entsprechenden Innenhebels 5 angreifen und diesen somit am Außenhebel 4 fixieren sollen. Dabei ist der Schieber über die Rückstellfeder 27 soweit verschoben, dass das Ende 32 des Arms 31 an einem zweiten Verriegelungspunkt 37 in der Herzkurve 34 angreift.
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Die 3 zeigt einen Teilabschnitt des als Schubleiste 8 ausgebildeten Stellelements 7 mit von diesem ausgehenden Mitnehmern 38, 38a, 38b und 38c. Jeder dieser Mitnehmer 38, 38a, 38b und 38c dient zur Betätigung der diesen zugeordneten Kuppelelemente 2. Dabei können die Mitnehmer 38, 38a, 38b und 38c beispielsweise an der jeweiligen Stirnfläche des in 1a dargestellten Steuerschiebers 21 angreifen. Da die einzelnen Nockenfolger 3, 3a, 3b und 3c aufgrund unterschiedlicher Steuerzeiten der Zylindereinheiten der Hubkolbenbrennkraftmaschine beim Umschaltvorgang voneinander differierende Positionen einnehmen können, sollen die Mitnehmer 38, 38a, 38b und 38c als Blattfedern ausgebildet sein, um die Kuppelelemente 2 für einen anschließenden Eingriff am Querjoch 20 vorzuspannen.
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Die weiteren 4, 4a, 4b, 5, 5a, 5b und 6 zeigen eine Ausgestaltung eines erfindungsgemäßen Verriegelungsmittels 40, das ein als hohlzylindrisches Gehäuse 41 ausgebildetes Basisteil 42 aufweist. Dieses Gehäuse 41 ist an seinem Außenmantel mit Flanschen 43 versehen, in denen Bohrungen 44 angebracht sind, über die das Gehäuse 41 in einem Zylinderkopf befestigbar ist. Außerdem nimmt es in seinem Inneren, verschiebbar geführt, einen Schieber 45 auf, der mit einem konzentrisch verlaufenden Wellenstummel 46 versehen ist. Am Ende dieses Wellenstummels 46 befinden sich zwei radial umlaufende Vorsprünge 47 und 47a, die eine ebenfalls umlaufende Nut 48 einschließen. Der Schieber 45 ist mittels einer Rückstellfeder 39 gegenüber dem Basisteil 42 abgestützt.
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Dabei ist der Schieber 45 ist im Wesentlichen zylindrisch ausgebildet und weist zur Anordnung einer Führungskulisse 50, die insbesondere aus den 4a, 4b, 5a und 5b hervorgeht, eine Abflachung 49 auf. In dieser Abflachung 49 ist die vorgenannte Führungskulisse 50 angeordnet und als Herzkurve 51 ausgebildet. Wie insbesondere der 4 zu entnehmen ist, sind im Inneren des Gehäuses Führungsnuten 52 vorgesehen, in die vom Schieber 45 ausgehende Führungsrippen 53 (siehe 5b) eingreifen. Nach den 4, 4a und 4b soll ein an einem axialen Fortsatz 54 angreifender Arm 55 entsprechend den 2b und 3 ausgebildet und angelenkt sein. Dieser Arm 55 ist somit aus einem Flachmaterial hergestellt und weist ein umgebogenes Ende 56 auf, mit dem er in die Herzkurve 51 eingreift.
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Demgegenüber soll nach den 5, 5a und 6 ein aus einem Rundmaterial hergestellter Arm 57 vorgesehen sein, der unmittelbar in einer Querbohrung 58 des axialen Fortsatzes 54 geführt ist. Dieser Arm 57 kann über eine sich im Inneren des Gehäuses 41 abstützende Druckfeder 59 (5a) oder gemäß der 6 über eine den Arm 57 und den Fortsatz 54 umschließende Schlingfeder 60 in Richtung auf den Grund der Herzkurve 51 vorgespannt sein. Im Zusammenhang mit den Ausführungsformen nach den 4 bis 6 soll ein nicht näher dargestelltes Stellelement mit einem gabelförmigen Mitnehmer versehen sein, der in die Nut 48 eingreift und somit die Stellbewegungen des Stellelements auf den Schieber 45 überträgt. Diese Anordnung kann folglich, was die Verwendung des vorgenannten Mitnehmers anbelangt, mit der nachfolgend beschriebenen Anordnung der 7 übereinstimmen.
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Die 5b zeigt die als Herzkurve 51 ausgebildete Führungskulisse 50, die für alle beschriebenen Vorrichtungen verwendet werden kann. Dabei ist erkennbar, dass die Herzkurve 51 Abschnitte unterschiedlicher Tiefe aufweist, also mit einem in besonderer Weise gestalteten Tiefenprofil versehen ist. Damit soll erreicht werden, dass die Eingriffsmittel die Herzkurve stets nur in einer Richtung durchlaufen können. Der 5b ist zu entnehmen, dass im Nutgrund der Herzkurve Sprünge vorgesehen sind, die nur in einer Richtung von dem entsprechenden Eingriffsmittel überwunden werden können.
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Die 7, 7a und 7b zeigen eine Vorrichtung 61 zur Betätigung verschiebbarer Kuppelelemente mit einem erfindungsgemäßen Verriegelungsmittel 61a, wobei die Vorrichtung aus einem Stellelement 62 und einem von diesem ausgehenden gabelförmigen Mitnehmer 63 besteht. Der gabelförmige Mitnehmer 63 greift dabei, wie auch bereits im Zusammenhang mit der Ausführungsform der 4 bis 5a vorgesehen, in eine Nut ein, die mit 64 bezeichnet und an einem Schieber 65 vorgesehen ist. Ein Basisteil 66 ist bei dieser Ausführungsform als Hohlschraube ausgebildet, die in einen Lagerbock 67 einer Nockenwelle 68 einschraubbar ist.
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Wie insbesondere der 7a entnommen werden kann, stützt sich der Schieber 65 über eine an seiner Stirnseite vorgesehene Rückstellfeder 69 am Boden des Basisteils 66 ab. Das Basisteil 66 weist weiterhin eine Ringnut 70 auf, in der eine Kugel 71 an einem Teil ihres Umfangs geführt ist. Mit dem anderen Teil ihres Umfangs greift die Kugel 71 in eine Herzkurve 72 des Schiebers 65 ein. Diese im Schieber 65 vorgesehen Herzkurve 72 ist im Übrigen der 7b zu entnehmen und wird nachfolgend im Zusammenhang mit der 8 noch näher erläutert.
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In 8 ist im vergrößerten Maßstab die vorzugsweise für alle zuvor erläuterten Ausführungsbeispiele verwendbare Herzkurve 34, 51, 62 und 72 dargestellt. Diese kann, wie insbesondere aus den 7b und 8 hervorgeht, zur Einführung des jeweiligen Eingriffsmittels 32, 56 oder 71 eine Einführnut 73 aufweisen, wodurch ermöglicht wird, die gesamte Vorrichtung zu montieren, also den jeweiligen Schieber in das Basisteil einzuführen und dabei gleichzeitig das Verriegelungsmittel in der Herzkurve zu platzieren.
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Mit 74 ist ein Abstand zwischen dem ersten Verriegelungspunkt 35a bezeichnet, in welchem das entsprechende Stellelement 7, 62 eine eingefahrene Stellung einnimmt, und einem zweiten Verriegelungspunkt 37, in welchem das Stellelement 7, 62 durch die Rückstellfeder 27, 39, 69 zurückgestellt, also ausgefahren ist. Weiterhin weist die dargestellte Herzkurve 34, 51, 62, 72 Endanschläge 75 und 76 für eine Kopplungs- und eine Entkopplungsschaltung auf. Neben dem ersten Verriegelungspunkt 35a befinden sich beidseitig Wendepunkte 77 und 78, während im Bereich des zweiten Verriegelungspunktes 37 ein Wendepunkt 79 vorgesehen ist.
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Ausgehend von einer Lage des entsprechenden in den 2a, 4b und 7a mit 32, 56 oder 71 bezeichneten Eingriffsmittels im Verriegelungspunkt 37 gelangt dieses über die Herzkurve 34, 51, 62, 72 bis an den Endanschlag 75 bzw. den Wendepunkt 78 und wird dort zum ersten Verriegelungspunkt 35a gelenkt. Bei einer erneuten Betätigung des Stellelements 7, 62 über den Aktuator 6 gelangt das Eingriffsmittel zunächst in Kontakt mit dem Endanschlag 76 und wird über den Wendepunkt 77 in den Verriegelungspunkt 37 überführt.
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Die bereits im Zusammenhang mit der 5b angegebene Tiefenkontur der Herzkurve 34, 51, 62, 72 kann beispielsweise im Bereich der Wendepunkte 77, 78, 79 die bereits genannte Sprünge aufweisen, so dass das Verriegelungsmittel die Herzkurve 34, 51, 62, 72 nur in einer Richtung durchlaufen kann.
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Schließlich ist in der 9 eine weitere Ausführungsform einer Herzkurve 80 dargestellt, bei der eine Einführungsnut 81 in einem Bereich in diese einmündet, in dem der zweite Verriegelungspunkt 37 liegt. Außerdem weist die Herzkurve 80 in den Bereichen der beiden Endanschläge 75 und 76 ausgeprägte Ausformungen auf.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Vorrichtung zur Betätigung verschiebbarer Kuppelelemente
- 2
- Kuppelelement von 3, 3a, 3b und 3c
- 3
- Nockenfolger
- 3a
- Nockenfolger
- 3b
- Nockenfolger
- 3c
- Nockenfolger
- 4
- Außenhebel
- 5
- Innenhebel
- 6
- Aktuator
- 7
- Stellelement
- 8
- Schubleiste
- 10
- Lagerbock
- 10a
- Lagerbock
- 10b
- Lagerbock
- 11
- Nockenwelle
- 12
- Nocken
- 12a
- Nocken
- 13
- Nocken
- 13a
- Nocken
- 14
- Anlagefläche von 17
- 15
- Kugelkalotte
- 16
- Druckfeder von 2
- 17
- Kuppelbolzen von 2
- 18
- Bohrung von 19
- 19
- Gehäuse von 14
- 20
- Querjoch von 5
- 21
- Steuerschieber
- 22
- Verriegelungsmittel
- 23
- Basisteil von 22
- 24
- erste Befestigungsschraube für 23
- 25
- zweite Befestigungsschraube für 26
- 26
- Schieber
- 27
- Rückstellfeder
- 28
- Sacklochbohrung von 23
- 29
- Sacklochbohrung von 26
- 30
- Zapfen
- 31
- Arm von 22 aus Flachmaterial
- 32
- umgebogenes Ende von 31
- 33
- Führungskulisse von 22
- 34
- Herzkurve von 33
- 35
- Eingriffsmittel
- 35a
- erster Verriegelungspunkt von 34
- 36
- Deckel von 22
- 37
- zweiter Verriegelungspunkt von 34
- 38
- Mitnehmer
- 38a
- Mitnehmer
- 38b
- Mitnehmer
- 38c
- Mitnehmer
- 39
- Rückstellfeder
- 40
- Verriegelungsmittel
- 41
- hohlzylindrisches Gehäuse
- 42
- Basisteil von 40
- 43
- Flansch
- 44
- Bohrung von 43
- 45
- Schieber von 40
- 46
- Wellenstummel
- 47
- Vorsprung
- 48
- Nut
- 49
- Abflachung
- 50
- Führungskulisse
- 51
- Herzkurve
- 52
- Führungsnut
- 53
- Führungsrippe
- 54
- axialer Fortsatz
- 55
- Arm aus Flachprofil
- 56
- Ende von 55
- 57
- Arm als Rundprofil
- 58
- Querbohrung
- 59
- Druckfeder
- 60
- Schlingfeder
- 61
- Vorrichtung zur Betätigung verschiebbarer Kuppelelemente
- 61a
- Verriegelungsmittel
- 62
- Stellelement
- 63
- gabelförmiger Mitnehmer
- 64
- Nut
- 65
- Schieber
- 66
- Basisteil
- 67
- Lagerbock
- 68
- Nockenwelle
- 69
- Rückstellfeder
- 70
- Ringnut
- 71
- Kugel
- 72
- Herzkurve
- 73
- Einführnut
- 74
- Abstand erster Verriegelungspunkt 35 zu zweitem Verriegelungspunkt 37
- 75
- Endanschlag für eine Kopplungsschaltung
- 76
- Endanschlag für eine Entkopplungsschaltung
- 77
- Wendepunkt
- 78
- Wendepunkt
- 79
- Wendepunkt
- 80
- Herzkurve
- 81
- Einführungsnut
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- US 6499451 B1 [0007, 0016]
