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Bei
der Erfindung wird ausgegangen von einem Ventiltrieb für eine Brennkraftmaschine,
gemäß Oberbegriff
des Anspruchs 1.
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Ein
gattungsbildender Ventiltrieb ist der WO 03/083269 A1 zu entnehmen.
Er umfasst einen drehangetriebenen Nocken, um den ein Umschlingungselement
in Form einer Kette gelegt ist. An der Kette ist ein Gaswechselventil
schwenkbar angelenkt. Die Kette ist aus mehreren aneinander gereihten
Kettengliedern zusammengesetzt, wobei die Kette durch ein Federelement
gespannt wird, um Spiel zwischen der Kette und der Nockenumfangsfläche ausgleichen
zu können.
Die eine Hubkontur definierende Nockenumfangsfläche setzt sich zusammen aus
einem Grundkreisabschnitt, einem Exzenterabschnitt und Flanken,
die zwischen dem Grundkreisabschnitt und dem Exzenterabschnitt ausgebildet sind.
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Aus
der
EP 12 45 797 A2 ist
ein Ventiltrieb bekannt, bei dem um einen drehantreibbaren Nocken ein
Umschlingungselement angeordnet ist. An dem Umschlingungselement
ist ein Gaswechselventil befestigt. Der Nocken mit seiner eine Hubkontur
definierenden Nockenumfangsfläche
weist zwischen Grundkreisabschnitt und Exzenterabschnitt konkave Flanken
auf, die beim Öffnungsbeginn
bzw. beim Ende des Schließvorgangs
dem Gaswechselventil eine erhöhte
Beschleunigung aufprägen
sollen.
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Aufgabe
der Erfindung ist es, einen Ventiltrieb der gattungsgemäßen Art
zu optimieren.
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Gelöst wird
diese Aufgabe durch einen Ventiltrieb mit den in Anspruch 1 genannten
Merkmalen.
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Die
mit der Erfindung hauptsächlich
erzielten Vorteile sind darin zu sehen, dass das Spiel zwischen Kette
und Nocken durch die in ihrer Umfangslänge optimierte Kette verringert
werden kann und sich die Übertragung
der Hubkontur auf das Gaswechselventil verbessern lässt.
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Vorteilhafte
Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen angegeben, worauf weiter
unten im Zusammenhang mit der Beschreibung von Ausführungsbeispielen
der Erfindung eingegangen wird.
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Die
Erfindung wird nachfolgend mit Bezug auf die Zeichnung näher beschrieben.
Die einzige Figur zeigt einen Ventiltrieb 1 für eine hier
nicht weiter dargestellte Brennkraftmaschine. Er umfasst einen drehbaren
Nocken 2, ein um den Nocken 2 herum gelegtes,
bezüglich
des Nockens 2 feststehendes, jedoch durch den Nocken 2 auslenkbares
Umschlingungselement 3 und ein an dem Umschlingungselement 3 befestigtes
Gaswechselventil 4 mit einem Ventilschaft 5 und
einem Ventilteller 6, welcher Ventilteller 6 mit
einem Ventilsitz 7 zusammenwirkt. Der Ventiltrieb 1 ist
in der Fig. – der
Einfachheit halber – in
zwei Ausführungsbeispielen
gezeigt, worauf weiter unten eingegangen wird.
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Der
Nocken 2 ist insbesondere drehfest auf einer drehantreibbaren
Nockenwelle 8 befestigt. Er umfasst einen Grundkreisabschnitt 9,
einen Exzenterabschnitt 10 sowie zwischen Grundkreisabschnitt 9 und
Exzenterabschnitt 10 liegende Flanken 11 und 12,
von denen – aufgrund
einer vorgegeben Drehrichtung 13 des Nockens 2 – die Flanke 11 als Öffnungsflanke 11 und
die Flanke 12 als Schließflanke 12 definiert
ist. Grundkreisabschnitt 9, Exzenterabschnitt 10 sowie
Flanken 11 und 12 bilden eine Nockenumfangsfläche 14 mit
einer Hubkontur, die die Hubbewegung des Gaswechselventils 4 steuert. Durch
diese Hubkontur wird sich bei einer Drehung des Nockens 2 das
Gaswechselventil 4 in einer nicht gezeigte Schließstellung
in dem Ventilsitz 7 befinden, solange der Grundkreisabschnitt 9 auf
das im folgenden lediglich als Ventil 4 bezeichnete Gaswechselventil
wirkt. Durch Weiterdrehung des Nockens 2 in Drehrichtung 13 wird
zunächst
die Öffnungsflanke 11 der
Hubkontur das Ventil 4 in Richtung (Öffnungsrichtung OR) einer nicht
gezeigten vollständigen Öffnungsstellung
bewegen. Durch weitere Drehung des Nockens 2 in Drehrichtung 13 wird
das Ventil 4 in eine in der Fig. eingezeichnete Teilöffnungsstellung TT
bewegt, die bei einer entsprechenden Drehstellung DT des Nockens 2 erreicht
wird. Durch weitere Drehung des Nockens 2 in Richtung 13 wird
schließlich
die nicht dargestellte vollständige Öffnungsstellung
von dem Ventil 4 eingenommen. Dreht der Nocken 2 weiter
in Richtung 13, wird das Ventil 4 in Schließrichtung
SR bewegt, so dass es schließlich die
nicht dargestellte Schließposition
wieder einnimmt. Diese Funktion des somit zwangsgesteuerten Ventils 4 ist
im Stand der Technik jedoch bekannt, so dass hierauf nicht weiter
eingegangen wird.
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Das
umlaufend ausgeführte
und geschlossene Umschlingungselement 3 kann in Umfangsrichtung
UR im wesentlichen undehnbar und aus mehreren aneinander gereihten
Kettengliedern 15 zusammengesetzt sein, die in Gelenkachsen 16 gelenkig miteinander
verbunden sind, so dass sich das Umschlingungselement 3 an
die Hubkontur der Nockenumfangsfläche 14 weitestgehend
anlegen kann. Die Gelenkachsen 16 verlaufen also parallel
zur axialen Erstreckung der Nockenwelle 8. Um die Gelenkachsen 16 können feststehende
Hülsen
oder – wie
vorzugsweise vorgesehen – drehbare
Rollen 17 angeordnet sein, die sich auf der Nockenumfangsfläche 14 abstützen. Das
Umschlingungselement 3 ist somit als Kette 18,
insbesondere Rollenkette oder Hülsenkette,
ausgeführt.
Das Ventil 4 ist schwenkbar mit dem Umschlingungselement 3 in
einer Anlenkung 19 mit einer Schwenkachse 20 verbunden,
wobei die Schwenkachse 20 – wie die Gelenkachsen 16 – parallel
zur Nockenwelle 8 verläuft,
so dass das Ventil 4 in Doppelpfeilrichtung 21 schwenkbar
angelenkt ist. Im Ausführungsbeispiel
fallen die Schwenkachse 20 und die Gelenkachse 16 bei
einer im folgenden als Abgriffselement 22 bezeichneten
Rolle 17 zusammen. Es kann jedoch auch ein hier nicht gezeigter Halter
mit dem Umschlingungselement 3 an dem Abgriffselement 22 verbunden
sein, an welchem Halter das Ventil 4 schwenkbar angelenkt
ist. Das Abgriffselement 22 folgt der Nockenumfangsfläche 14,
wenn der Nocken 2 sich dreht, und das Abgriffselement 22 überträgt den daraus
resultierenden Hub auf das Ventil 4, das darauf die vorstehend
beschriebene Bewegung in Öffnungsrichtung
OR bzw. Schließrichtung
SR ausführt.
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Die
in Umfangsrichtung UR gemessene Umfangslänge des Umschlingungselements 3 ist
geringfügig
größer als
der in gleicher Umfangsrichtung UR gemessene Umfang des Nockens 2 an
der Nockenumfangsfläche 14,
so dass zwischen Nockenumfangsfläche 14 und
Umschlingungselement 3 ein geringes Spiel (nicht gezeigt)
vorliegt. Dieses Spiel resultiert insbesondere aus dem an sich bekannten
Polygoneffekt einer Kette, bei dem die einzelnen Kettenglieder 15 ein
Vieleck bilden, dessen Ecken in den Gelenkachsen 16 liegen
können.
Die Umfangslänge (in
Umfangsrichtung UR gesehen) der Kette 18 ist so bemessen,
dass der Nocken 2 jede beliebige Drehstellung DT innerhalb
der Kette 18 einnehmen kann. Steht in der gezeigten Drehstellung
DT beispielsweise eine Rolle 17 auf einem quasi eine Ecke
bildenden ersten Übergangsbereich 23 der
Nockenumfangsfläche 14 zwischen
Flanke 11 bzw. 12 und dem Exzenterabschnitt 10,
wird wegen des Polygoneffekts die größte Umfangslänge der
Kette 18 benötigt.
In einer anderen Drehstellung des Nockens 2 relativ zur
Kette 18, wenn der erste Übergangsbereich 23 zwischen zwei
benachbarten Rollen 17 liegt, wird die Kette 18 eine
geringere Umfangslänge
erfordern. Durch die fortlaufende Drehung des Nockens 2 wird
die Kette 18 also abwechselnd gespannt und entspannt, also Lose
bekommen, und das Abgriffselement 22 könnte der Hubkontur der Nockenumfangsfläche 14 nicht exakt
folgen bzw. das Abgriffselement 22 wird ggf. wiederholt
von der Nockenumfangsfläche 14 abgehoben
und angelegt. Die Kette 18 würde somit bei fortlaufender
Drehung in Richtung 13 des Nockens alternierend gespannt
und gelöst
werden, je nachdem, ob gerade eine Rolle 17 auf dem Übergangsbereich 23 steht
oder ob zwei Rollen 17 neben dem Übergangsbereich 23 liegen.
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Um
diese Auswirkungen des Polygoneffekts reduzieren und ferner die
Umfangslänge
der Kette 18 optimieren zu können, wird vorgeschlagen, auf
der Nockenumfangsfläche 14 zumindest
eine Erhebung 24 und/oder zumindest eine Vertiefung 25 anzuordnen.
Vorzugsweise wird der Nocken 2 in einem ersten Ausführungsbeispiel
entweder mit der zumindest einen Vertiefung 25 oder in
einem zweiten Ausführungsbeispiel
mit der zumindest einen Erhebung 24 ausgestattet. In der
Fig. sind somit lediglich zur Beschreibung beide Ausführungsbeispiele
eingezeichnet. Es wäre
jedoch denkbar, bei einem derartigen Ventiltrieb 1 einen
Nocken 2 sowohl mit zumindest einer Erhebung 24 und
zumindest einer Vertiefung 25 auszustatten. Im Bereich
der Vertiefung 25 ist die Nockenumfangsfläche 14 mit
einer Mulde in Richtung zur Nockenwelle 8 ausgespart, so
dass die Vertiefung 25 gegenüber der sich daran anschließenden Nockenumfangsfläche 14 eine
Tiefe TF aufweist. Entsprechendes gilt für die Erhebung 24,
bei der die Nockenumfangsfläche 14 von
der Nockenwelle 8 weiter entfernt liegt und so die Erhebung 24 mit
einer Höhe
HO bildet. Vorzugsweise ist die zumindest eine Erhebung 24 im
Bereich des Exzenterabschnitts 10 vorgesehen, da dort das
Ventil 4 ohnehin in Öffnungsstellung
bewegt wird und die Erhebung 24 lediglich den Ventilhub
kurzzeitig vergrößern würde. Die
zumindest eine Vertiefung 25 hingegen wird vorzugsweise
im Bereich des Grundkreisabschnittes 9 platziert, da das
Ventil 4 ohnehin in seiner Schließstellung in dem Ventilsitz 7 liegt.
Würde allerdings das
Abgriffselement 22 in die Vertiefung 25 laufen, könnte unter
Umständen
das Ventil 4 mit erhöhter Kraft
in den Ventilsitz 7 gezogen werden. Um dies zu vermeiden,
könnte
insbesondere bei einem Nocken 2 mit zumindest einer Vertiefung 25 vorgesehen
sein, ein in Umfangsrichtung UR wirkendes Federelement 26 zwischen
zwei Kettengliedern 15 und/oder ein in Öffnungs- bzw. Schließrichtung SR wirkendes Federelement 27 im
Bereich der Anlenkung 19 zwischen Kette 18 und
Ventil 4 anzuordnen.
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Aus
der Fig. wird deutlich, dass die Erhebung 24 – in Umfangsrichtung
UR gesehen – mit
Abstand zu dem ersten Übergangsbereich 23 zwischen
Flanke 11 bzw. 12 und dem Exzenterabschnitt 10 liegt. Die
Vertiefung 25 liegt – in
Umfangsrichtung UR gesehen – mit
Abstand zu einem zweiten Übergangsbereich 28,
der zwischen Flanke 11 bzw. 12 und dem Grundkreisabschnitt 9 liegt.
Dieser Abstand wird in Abhängigkeit
der Teilung der Kette 18 gewählt, also in Abhängigkeit
der Anzahl der Kettenglieder 18 verteilt auf die Nockenumfangsfläche 14,
so dass genau dann eine Rolle 17 in der Vertiefung 25 läuft bzw.
eine Rolle 17 auf der Erhebung 24 liegt, wenn
eine andere Rolle 17 in dem ersten Übergangsbereich 23 auf
der Nockenumfangsfläche 14 liegt
bzw. wenn der erste Übergangsbereich 23 zwischen
zwei Rollen 17 steht. Der Abstand der Vertiefung 25 bzw.
Erhebung 24 zu diesem Übergangsbereich 23 sollte
also die Länge LA
eines Kettengliedes 15 bzw. ein Vielfaches dieser Länge LA betragen.
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Die
Höhe HO
der Erhebung 24 wird entsprechend größer gewählt, wenn die Anzahl der Kettenglieder 15 geringer
ist, da mit einer Kette 18 mit größerer Teilung der Polygoneffekt
entsprechend deutlicher ausfallen und somit ein größeres Spiel
zwischen Kette 18 und Nockenumfangsfläche 14 vorliegen dürfte. Entsprechend
umgekehrt wird die Höhe
HO der Erhebung 24 geringer gewählt, wenn eine Kette 18 mit
geringerer Teilung, also mit einer größeren Anzahl von Kettengliedern 15 verwendet
wird. Die Tiefe TF der Vertiefung 25 wird entsprechend
größer gewählt, wenn
die Anzahl der Kettenglieder 15 geringer ist, da mit einer
Kette 18 mit größerer Teilung
der Polygoneffekt entsprechend größer und somit ein größeres Spiel
zwischen Kette 18 und Nockenumfangsfläche 14 vorliegen dürfte. Entsprechend
umgekehrt wird die Tiefe TF der Vertiefung 25 geringer
gewählt, wenn
eine Kette 18 mit geringerer Teilung, also mit einer größeren Anzahl
von Kettengliedern 15 verwendet wird. Die Höhe HO der
Erhebung 24 bzw. die Tiefe TF der Vertiefung 25 kann überdies
an die Hubkontur des Nockens 2 angepasst sein, da die Ausgestaltung
der Hubkontur, insbesondere im ersten Übergangsbereich 23,
den Polygoneffekt beeinflussen kann.