DE102020100622A1

DE102020100622A1 - Baugruppe für einen variablen Ventiltrieb

Info

Publication number: DE102020100622A1
Application number: DE102020100622.5A
Authority: DE
Inventors: Dimitri Schott; Harald Elendt
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2020-01-14
Filing date: 2020-01-14
Publication date: 2021-07-15

Abstract

Vorgeschlagen ist eine Baugruppe (1) für einen variablen Ventiltrieb, System e-Rocker, einer Brennkraftmaschine, welche Baugruppe (1) aus einem längs an einem Zylinderkopf der Brennkraftmaschine führbaren zentralen Schubblech (2) mit hiervon abhängenden Federzungen (3) besteht, von denen jede für eine außenstirnseitige Beaufschlagung eines Koppelschiebers eines schaltbaren Nockenfolgehebels vorgesehen ist, wobei die Baugruppe (1) weiterhin einen orthogonal zum Schubblech (2) angestellten und über sein Gehäuse (4) fest an der Brennkraftmaschine anordenbaren e-Aktor (5) hat, dessen seinen Anker außerhalb des Gehäuses (4) verlängernde Druckstange (6) mit einem parallel zum Schubblech (2) verlaufenden Schieber (7) einen Winkeltrieb (8) bildet, welcher Schieber (7) an seinem einen Ende (9) auf eine Mitnehmerfläche (10) des Schubblechs (2) zu dessen Verlagerung in eine Richtung einwirkt, welche Verlagerung eine Einwärtsverschiebung der Koppelschieber in ihre Nockenfolgehebel bei bestromtem e-Aktor bewirkt, wobei zur Baugruppe (1) weiterhin eine auf einem Kontaktstück (11) des Schubblechs (2) abgestützte Druckfeder (12) zur Rückverlagerung des Schubblechs (2) in dessen Grundstellung bei unbestromtem e-Aktor (5) gehört, bei welcher Rückverlagerung gleichzeitig eine Auswärtsverschiebung der Koppelschieber aus den Nockenfolgehebeln erfolgt, wobei der e-Aktor (5) bei einem Längenabschnitt (13) des Schubblechs (2) angeordnet ist, der zumindest bei einem Großteil der Federzungen (3), in Verlagerungsrichtung des Schubblechs (2) bei Aktorbestromung gesehen, hinter diesen liegt, wobei das Schubblech (2) eine Längstasche (14) hat, in deren Zuge die Druckfeder (12) sitzt.

Description

Die Erfindung betrifft eine Baugruppe für einen variablen Ventiltrieb, System e-Rocker, einer Brennkraftmaschine, welche Baugruppe aus einem längs an einem Zylinderkopf der Brennkraftmaschine führbaren zentralen Schubblech mit hiervon abhängenden Federzungen besteht, von denen jede für eine außenstirnseitige Beaufschlagung eines Koppelschiebers eines schaltbaren Nockenfolgehebels vorgesehen ist, wobei die Baugruppe weiterhin einen orthogonal zum Schubblech angestellten und über sein Gehäuse fest an der Brennkraftmaschine anordenbaren e-Aktor hat, dessen seinen Anker außerhalb des Gehäuses verlängernde Druckstange mit einem parallel zum Schubblech verlaufenden Schieber einen Winkeltrieb bildet, welcher Schieber an seinem einen Ende auf eine Mitnehmerfläche des Schubblechs zu dessen Verlagerung in eine Richtung einwirkt, welche Verlagerung eine Einwärtsverschiebung der Koppelschieber in ihre Nockenfolgehebel bei bestromtem e-Aktor bewirkt, wobei zur Baugruppe weiterhin eine auf einem Kontaktstück des Schubblechs abgestützte Druckfeder zur Rückverlagerung des Schubblechs in dessen Grundstellung bei unbestromtem e-Aktor gehört, bei welcher Rückverlagerung gleichzeitig eine Auswärtsverschiebung der Koppelschieber aus den Nockenfolgehebeln erfolgt.
Eine gattungsgemäße Baugruppe für einen e-Rocker Ventiltrieb geht aus der nicht vorveröffentlichten DE 10 2019 104 786.2 hervor. Der orthogonal zum Schubblech angestellte e-Aktor sitzt an einem Ende der Schubstange, welches Ende, in Verlagerungsrichtung des Schubblechs bei Aktorbestromung gesehen, vor den Federzungen liegt. Zur Rückverlagerung des Schubblechs bei inaktiv oder stromarm geschaltetem e-Aktor wirkt auf das andere Ende des Schubblechs eine Druckfeder auf eine aufgebogene Lasche von diesem (nicht gezeichnet).
Einen weiteren e-Rocker-Ventiltrieb offenbart die DE 10 2017 101 792 B4 . Dessen e-Aktor sitzt hierbei einenends der Schubstange und verläuft parallel zu dieser. Bei diesem Ende hat die Schubstange eine Lasche, gegen welche eine Druckstange des Ankers des e-Aktors einwirkt.
Aufgabe ist es, eine Baugruppe für einen variablen Ventiltrieb, System e-Rocker, zu kreieren, die steifer ist und sicherer arbeitet.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, dass der e-Aktor bei einem Längenabschnitt des Schubblechs angeordnet ist, der zumindest bei einem Großteil der Federzungen, in Verlagerungsrichtung des Schubblechs bei Aktorbestromung gesehen, hinter diesen liegt, wobei das Schubblech eine Längstasche hat, in deren Zuge die Druckfeder sitzt, welche Längstasche über ihre in die Rückverlagerungsrichtung des Schubblechs liegende Querstirn das Kontaktstück für die Druckfeder bildet und wobei der Schieber an seinem einen Ende bei der Mitnehmerfläche des Schubblechs über eine in beide Verlagerungsrichtungen des Schubblechs wirksame Kopplung mit dem Schubblech zwangsverbunden ist.
Durch die nunmehrige Positionierung des e-Aktors in Bezug zum Schubblech, welches Schubblech auch eine Stange o. dergleichen sein kann, „hinter“ zumindest einen Großteil oder hinter sämtliche Federzungen dieser, wird, bei Aktorbeaufschlagung der Schubstange zum Zwecke einer gleichzeitigen Einverlagerung der Koppelkolben der Schalthebel, das Schubblech nunmehr „gezogen“ anstelle von „gedrückt“. Diese Maßnahme verhindert wirkungsvoll ein Aufbiegen bzw. wellenförmiges Verformen der Schubstange bei Aktorbeaufschlagung. Hubverluste sind zudem verringert.
Gleichzeitig ist aufgrund dieser Anordnung das von der thermischen Ausdehnung (Aluminiumzylinderkopf und Stahlschubblech) herrührende Spiel reduziert, wobei, wie der Fachmann sich unschwer vorstellen kann, eine optimale Spielreduzierung bei einer mittigen Anordnung des Aktors zum Schubblech vorliegen würde.
Zugleich ist durch die direkte Einbindung der Druckfeder oder des Druckfederpakets mittig in den Zug der Schubstange, wobei somit auf die bis dato verwendete Federlasche der Schubstange verzichtet wird, eine vergleichsweise steife und schnell reagierende Baugruppe geschaffen. Es ist jedoch ebenso denkbar, die Druckfeder / den Schieber nicht unmittelbar fluchtend in der Schubstange zu verbauen, sondern zu dieser geringfügig abgehoben / abgesenkt. Hierbei kämen dann von der Schubstange abstehende Laschen als Anlagen infrage, die auch eine verdrehte Position zur Schubstange haben können.
Außerdem sind durch die zwangsweise, letztlich formschlüssige Kopplung des Schiebers mit dem Schubblech „Freiflugphasen“ dieses bei extremen, vom Fahrbetrieb herrührenden Massenbeschleunigungen ausgeschlossen. On-Board-Diagnosesysteme können nunmehr sehr sicher von der eingefahrenen Grundstellung des Ankers (unbestromt / schwach bestromt) auf die Grundstellung der Schubleiste (nichtaktuierte Koppelschieber) schlussfolgern.
Die vorgeschlagene Baugruppe kann beispielsweise an einer Zylinderreihe einer Brennkraftmaschine auslassventilseitig zur Zylinderdeaktivierung appliziert werden. Denkbar ist gleichermaßen auch eine einlassventilseitige bzw. eine beidseitige Verwendung. Neben der Zylinderdeaktivierung kommt auch eine Ventilhubumschaltung infrage.
Es ist noch zu bemerken, dass, aufgrund der orthogonalen Anstellung des e-Aktors zur Schubleiste, die unbeabsichtigten, vom Fahrbetrieb herstammenden Massenbeschleunigungen, nicht mehr zur Summierung der Massenträgheiten von Anker mit Druckstange und Schubblech führen, was die Wahrscheinlichkeit einer unbeabsichtigten Betätigung der Baugruppe deutlich senkt. Klar ist, dass der e-Aktor auch schräg zur Schubleiste angestellt sein kann, und dies auch von „unten“ auf diese zu und / oder dass die Federzungen von der Schubleiste auch nach „oben“ abstehen können.
Ein guter Formschluss zwischen Schieber und Schubblech liegt dann vor, wenn der Schieber an seinem einen Ende bspw. einen Ringkragen hat, der in seitlichen Schlitzen der Längstasche des Schubblechs sitzt. Generell ist auch eine Krallen- oder Hakenform an einem der Kontaktpartner mit einem Hintergriff in einen Schlitz oder einen Vorsprung des jeweils anderen der Kontaktpartner denkbar.
Von Vorteil ist zudem die bauraumsparende Umfassung des Schiebers von der Druckfeder in der Längstasche der Schubleiste. Der Eingriff der den Winkeltrieb weitestgehend umfassenden zusätzlichen Hülse in die Längstasche der Schubleiste sorgt zudem in gewissem Maße für eine weitere Fixierung der Schubleiste. Die Schubleiste kann in deren beide Verschieberichtungen einen Anschlag an der Hülse finden, an welcher Hülse auch die Druckfeder anderenends abgestützt ist.
Ein weiterer Unteranspruch betrifft eine zweckmäßige Ausbildung des Winkeltriebs, also der Kraftumleitung aus dem e-Aktor in die Schubleiste. Hier ist bspw. ein Gleitrampen- oder ein Hebeltrieb vorgeschlagen (s. a. DE 10 2019 104 786.2 , 2 - 5a).
Schließlich soll, gemäß einer weiteren Fortbildung der Erfindung, die Schubstange einteilig mit den Federzungen ausgebildet sein. Letztgenannte sind somit nach einem initialen Stanzen der Schubleiste von dieser abgebogen. Ggf. können die Federzungen im Kontaktbereich zu den Koppelkolben der Schlepphebel mit separaten Verschleißschutzmaßnahmen wie aufgetragenen Hartstoffschichten etc. versehen sein.
Alternativ hierzu ist es vorgeschlagen, die Federzungen separat gegenüber dem Schubblech auszubilden und mit diesem zu fügen. Hierbei ist bspw. an Schweißen, Clinchen, Nieten, Löten, Kleben, Schrauben, Klemmen etc. bzw. kombinierte Verfahren hiervon gedacht.
Zur Zeichnung:

• 1 zeigt in einer räumlichen Ansicht die e-Rocker-Baugruppe ohne schaltbare Nockenfolger;
• 2 zeigt die Baugruppe wie vorgenannt in einem Ausschnitt um den e-Aktor und
• 3 zeigt in einer Detaillierung den e-Aktor mit nachgeschaltetem Winkeltrieb.

Aus 1 geht der generelle Aufbau der e-Rocker-Baugruppe 1 hervor. Diese kann, wie dargestellt, vormontiert an dem Zylinderkopf der Brennkraftmaschine montiert werden. Es ist jedoch auch denkbar, den e-Aktor 5, mit oder ohne nachfolgend noch erklärtem Winkeltrieb 8, getrennt zu montieren. Für eine Befestigung des e-Aktors 5 am Zylinderkopf der Brennkraftmaschine dient eine in 3 mit „26“ bezeichnete Lasche, welche von einer unteren Stirn 18 seines Gehäuses 4 weg steht.
Die Baugruppe 1 besteht (s. a. 2, 3) aus einem längs an dem Zylinderkopf führbaren zentralen Schubblech 2 mit hiervon einteilig abhängenden Federzungen 3, von denen jede für eine außenstirnseitige Beaufschlagung eines nicht gezeichneten Querkoppelschiebers oder Querkoppelschieberpakets eines schaltbaren Nockenfolgehebels (Schlepphebel) vorgesehen ist. Wichtiges Bauteil der Baugruppe 1 ist weiterhin der längsbauraumsparend orthogonal zum Schubblech 2 angestellte, vorgenannte e-Aktor 5. Dessen Anker ist aus dem Gehäuse 4 heraus durch eine Druckstange 6 verlängert, die mit einem parallel zum Schubblech 2 verlaufenden, stiftartigen Schieber 7 einen Winkeltrieb 8 (Gleitrampentrieb) bildet. Die Druckstange 6 hat hierbei eine aktorferne Keilfläche 28. Diese kommuniziert mit einer Rollenkontur 25 reibungsarm am Schieber 7.
Der Schieber 7, welcher mittig in einer Längstasche 14 des Schubblechs 2 eingebaut ist, wirkt an seinem einen, links gezeichneten Ende 9 auf eine als Querfläche der Längstasche 14 ausgebildete Mitnehmerfläche 10. Der Schieber 7 ist hierbei formschlüssig mit dem Schubblech 2 verbunden. Wie am besten hierfür aus 2 hervorgeht, hat der Schieber 7 einen diesen radial erweiternden Kragen 17, der seitlich in eine Nut 16 (Schlitze) der Längstasche 14 eingreift.
Des Weiteren zählt zur Baugruppe 1 noch eine sich auf einem Kontaktstück 11 des Schubblechs 2 abstützende Druckfeder 12, welche hier, rechts vom Winkeltrieb 8, den Schieber 7 umfasst. Als Kontaktstück 11 dient hierbei die anderenendige Querstirn 15 der Längstasche 14 des Schubblechs 2. Mit ihrem aktorseitigen Ende 27 wirkt die Druckfeder 12 auf eine die Druckstange 6 des e-Aktors 5 und den Winkeltrieb 8 einhausende Hülse 19, genauer gesagt auf deren Außenmantel 21. Die Hülse 19 sitzt an der unteren Stirn 18 des e-Aktor 5. Eine Kraftabstützung der Druckfeder 12 erfolgt somit über die Hülse 19, den e-Aktor 5 und dessen Lasche 26 am Zylinderkopf.
Die vorgenannte Hülse 19 ragt, wie 2 offenbart, über einen aktorfernen Abschnitt 20 ihres Außenmantels 21 in die Längstasche 14 des Schubblechs 2. Zu erkennen ist, dass der Schieber 7 durch Radialöffnungen 22 der Hülse 19 läuft. Die Längstasche 14 des Schubblechs 2 liegt in ihrem die Hülse 19 umfassenden Bereich als Langloch 23 vor. Längsenden 24 des Langlochs 23 dienen als Begrenzung der Verlagerungsbewegung des Schubblechs 2.
Wie aus 1 entnehmbar, ist der e-Aktor 5 bei einem „hinteren“ Längenabschnitt 13 des Schubblechs 2 angeordnet, was ein wichtiger Bestandteil dieses Designs ist. Bei diesem Längenabschnitt 13 liegen lediglich noch zwei Federzungen 3, in Verlagerungsrichtung des Schubblechs 2 bei Aktorbestromung gesehen, hinter dem e-Aktor 5. Jede der Federzungen 3 dient hierbei einem Einwirken auf eine Außenstirn eines Querkoppelschiebers in einem schaltbaren Schlepphebel.
Im Fall einer gewünschten gleichzeitigen Einverlagerung der Koppelschieber der Schaltschlepphebel (bspw. Auslassventildeaktivierung) wird der e-Aktor 5 bestromt. Dessen Anker verschiebt die hiermit verbundene Druckstange 6 orthogonal auf das Schubblech 2 zu. Über den vorbeschriebenen Winkeltrieb 8 verlagert der zwangsweise mit dem Schubblech 2 gekoppelte Schieber 7 die Schubstange 2 in der Zeichnung nach links. Ein Großteil der mit den respektiven Koppelschiebern außenstirnseitig verbundenen Federzungen 3 (sechs Federzungen 3, s. 1, rechts vom e-Aktor 5) werden hierbei durch das Schubblech 2 gezogen.
Eine Rückstellung des Schubblechs 2 (Grundstellung) zum Zweck einer Rückverlagerung der Koppelschieber erfolgt bei stromarm / stromlos geschaltetem e-Aktor. Der Winkeltrieb 8 fährt hierbei zurück. Dabei verlagert die Druckfeder 12 das Schubblech 2 in dessen Grundstellung (hier nach rechts). Eine (eingefahrene) Grundstellung des Ankers des e-Aktors 5 entspricht sicher der Grundstellung der Schubstange (Stichwort „OBD“).
Bezugszeichenliste

1): Baugruppe
2): Schubblech
3): Federzunge
4): Gehäuse
5): e-Aktor
6): Druckstange
7): Schieber
8): Winkeltrieb
9): Ende
10): Mitnehmerfläche
11): Kontaktstück
12): Druckfeder
13): Längsabschnitt
14): Längstasche
15): Querstirn
16): Nut
17): Kragen
18): Stirn
19): Hülse
20): Abschnitt
21): Außenmantel
22): Radialöffnung
23): Langloch
24): Längsende
25): Kontur
26): Lasche
27): Ende
28): Keilfläche

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102019104786 [0002, 0014]
DE 102017101792 B4 [0003]

Claims

Baugruppe (1) für einen variablen Ventiltrieb, System e-Rocker, einer Brennkraftmaschine, welche Baugruppe (1) aus einem längs an einem Zylinderkopf der Brennkraftmaschine führbaren zentralen Schubblech (2) mit hiervon abhängenden Federzungen (3) besteht, von denen jede für eine außenstirnseitige Beaufschlagung eines Koppelschiebers eines schaltbaren Nockenfolgehebels vorgesehen ist, wobei die Baugruppe (1) weiterhin einen orthogonal zum Schubblech (2) angestellten und über sein Gehäuse (4) fest an der Brennkraftmaschine anordenbaren e-Aktor (5) hat, dessen seinen Anker außerhalb des Gehäuses (4) verlängernde Druckstange (6) mit einem parallel zum Schubblech (2) verlaufenden Schieber (7) einen Winkeltrieb (8) bildet, welcher Schieber (7) an seinem einen Ende (9) auf eine Mitnehmerfläche (10) des Schubblechs (2) zu dessen Verlagerung in eine Richtung einwirkt, welche Verlagerung eine Einwärtsverschiebung der Koppelschieber in ihre Nockenfolgehebel bei bestromtem e-Aktor bewirkt, wobei zur Baugruppe (1) weiterhin eine auf einem Kontaktstück (11) des Schubblechs (2) abgestützte Druckfeder (12) zur Rückverlagerung des Schubblechs (2) in dessen Grundstellung bei unbestromtem e-Aktor (5) gehört, bei welcher Rückverlagerung gleichzeitig eine Auswärtsverschiebung der Koppelschieber aus den Nockenfolgehebeln erfolgt, dadurch gekennzeichnet, dass der e-Aktor (5) bei einem Längenabschnitt (13) des Schubblechs (2) angeordnet ist, der zumindest bei einem Großteil der Federzungen (3), in Verlagerungsrichtung des Schubblechs (2) bei Aktorbestromung gesehen, hinter diesen liegt, wobei das Schubblech (2) eine Längstasche (14) hat, in deren Zuge die Druckfeder (12) sitzt, welche Längstasche (14) über ihre in die Rückverlagerungsrichtung der Schubblechs (2) liegende Querstirn (15) das Kontaktstück (11) für die Druckfeder (12) bildet und wobei der Schieber (7) an seinem einen Ende (9) bei der Mitnehmerfläche (10) des Schubblechs (2) über eine in beide Verlagerungsrichtungen des Schubblechs (2) wirksame Kopplung mit dem Schubblech (2) zwangsverbunden ist.
Baugruppe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zur zwangsweisen Verbindung des Schiebers (7) mit dem Schubblech (2) eines der beiden Bauteile (2, 7) eine Ausnehmung wie eine Nut (16) hat, in die ein Vorsprung wie ein Kragen (17) des jeweils anderen der beiden Bauteile (7, 2) seitlich einragt.
Baugruppe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Schieber (2) in der Längstasche (14) des Schubblechs (2) aufgenommen und von der Druckfeder (12) abschnittsweise umfasst ist, wobei an einer schubstangenseitigen Stirn (18) des Gehäuses (4) des e-Aktors (5) eine dessen Druckstange (6) einhausende Hülse (19) befestigt ist, die über einen aktorfernen Abschnitt (20) ihres Außenmantels (21) in die Längstasche (14) des Schubblechs (2) ragt, wobei der Schieber (7) durch Radialöffnungen (22) der Hülse (19) läuft und wobei die Druckfeder (12) an ihrem der Querstirn (15) der Längstasche (14) fernen Ende (27) an der Hülse (19) abgestützt ist.
Baugruppe nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Längstasche (14) des Schubblechs (2) zumindest in ihrem die Hülse (19) des e-Aktors (5) umfassenden Bereich einem Langloch (23) ähnlich ist, wobei Längsenden (24) des Langlochs (23) als Begrenzung der Verlagerungsbewegung des Schubblechs (2) dienen.
Baugruppe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Winkeltrieb (8) entweder ein Gleitrampen- oder ein Hebelarmtrieb ist, wobei im Fall des Gleitrampentriebs entweder) an der Druckstange (6) und dem Schieber (7) miteinander kommunizierende Keilflächen vorgesehen sind oder b) eines der Elemente (Druckstange (6) / Schieber (7)) eine Keilfläche (28) hat, welche mit einer Rollen- oder Kugelkontur (25) am jeweils anderen der Elemente (Schieber (7) / Druckstange (6)) interagiert.
Baugruppe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Federzungen (3) einteiliger Bestandteil des Schubblechs (2) sind.
Baugruppe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Federzungen (3) als separat mit dem Schubblech (2) gefügte Bauteile vorliegen.