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Die
Erfindung betrifft einen zwangsgesteuerten Ventiltrieb zum Steuern
der Öffnungs-
und Schließbewegung
mindestens einer Ventileinrichtung, mit einem ersten angetriebenen
Nockenelement, das in einem hohen Drehzahlbereich sowohl die Öffnungs-
als auch die Schließbewegung
der Ventileinrichtung steuert.
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Zwangsgesteuerte
Ventiltriebe oder Ventilsteuerungen werden auch als desmodromische
Ventilsteuerungen bezeichnet. Aus dem US-Patent
US 1,238,175 ist ein zwangsgesteuerter
Ventiltrieb bekannt, der ein Nockenelement mit einer Nockennut aufweist,
in die ein Anbindungselement eingreift. Aus der internationalen
Patentanmeldung WO 01/12958 A1 ist ein Ventiltrieb mit einem angetriebenen
Nockenelement, einem von dem Nockenelement verschieb- oder verschwenkbaren
Ventilglied und einem flexiblen Umschließungselement bekannt, in dem das
Nockenelement drehbar angeordnet ist.
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Aus
der
EP 1 526 256 A1 ist
jedoch auch ein desmodromischer Ventiltrieb bekannt, der jeweils
für einen
niedrigen und einen hohen Drehzahlbereich ein Nockenpaar aufweist,
das einen Öffnungs-
und einen Schließnocken
besitzt. Das jeweilige Nockenpaar wirkt über einen schaltbaren Ventilhebel
auf das Ventil.
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In
der
DE 42 36 655 A1 ist
ein herkömmlicher Ventiltrieb
gezeigt, bei dem das Ventil lediglich in seiner Öffnungsbewegung von einem Nocken
angesteuert wird. Allerdings ist dieser Ventiltrieb mit zumindest
zwei Nocken mit jeweils unterschiedlicher Kontur ausgestaltet, von
denen zumindest einer auf der Nockenwelle so verschiebbar ist, dass
entweder der eine oder der andere Nocken das Ventil ansteuert.
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Aufgabe
der Erfindung ist es, einen zwangsgesteuerten Ventiltrieb gemäß dem Oberbegriff
des Anspruchs 1 zu schaffen, der eine höhere Lebensdauer aufweist als
herkömmliche
zwangsgesteuerte Ventiltriebe.
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Die
Aufgabe ist bei einem zwangsgesteuerten Ventiltrieb zum Steuern
der Öffnungs-
und Schließbewegung
mindestens einer Ventileinrichtung, mit einem ersten angetriebenen
Nockenelement, das in einem hohen Drehzahlbereich sowohl die Öffnungs-
als auch die Schließbewegung
der Ventileinrichtung steuert, durch ein zweites Nockenelement gelöst, das
in einem niedrigen Drehzahlbereich nur die Öffnungsbewegung der Ventileinrichtung
steuert. Die beiden Drehzahlbereiche beziehen sich auf die Drehzahl
einer Brennkraftmaschine in unterschiedlichen Betriebszuständen. Das
erste Nockenelement, das vorzugsweise zwei Nockenkonturen aufweist,
ist nur in dem hohen Drehzahlbereich wirksam. Das zweite Nockenelement
wirkt im niedrigen Drehzahlbereich gegen die Federkraft einer herkömmlichen
Ventilschließfedereinrichtung
und benötigt
daher nur eine Nockenkontur. Die Federkraft der Ventilschließfedereinrichtung
kann relativ gering sein, da die Ventilschließfedereinrichtung nur im niedrigen
Drehzahlbereich ihre Wirkung entfalten muss. Im niedrigen Drehzahlbereich
erfährt
das erste Nockenelement keine Abnutzung, da es nicht wirksam ist.
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Ein
bevorzugtes Ausführungsbeispiel
des Ventiltriebs ist dadurch gekennzeichnet, dass das erste Nockenelement
eine innere Nockenkontur, die in dem hohen Drehzahlbereich mit einem
Anbindungselement zusammenwirkt, und eine äußere Nockenkontur aufweist,
die in dem hohen Drehzahlbereich mit einer Kontaktfläche einer
Kopplungseinrichtung Kontakt hat, an der auch das Anbindungselement
angebracht ist. Bei der Auslegung von zwangsgesteuerten Ventiltrieben
ist es wichtig, dass mit dem Ventiltrieb hohe Beschleunigungen realisiert
werden können.
Die höchsten
Beschleunigungen werden bei der Öffnungs-
und Schließbeschleunigung
des Ventiltriebs wirksam. Beim Abbremsen des Ventilhubs über den
Kuppenbereich des Nockenelements werden aufgrund des größeren Winkelbereichs
deutlich kleinere Beschleunigungen wirksam. Hohe Beschleunigungen
erzeugen große
Massenkräfte.
Diese Kräfte
müssen
zwischen der Nockenwelle, die das Nockenelement antreibt, und dem
Ventiltrieb übertragen
werden. Gemäß einem
wesentlichen Aspekt der vorliegenden Erfindung werden die bei der Öffnungs- und
Schließbeschleunigung
wirksamen großen
Kräfte über eine
relativ große
Kontaktfläche
auf die Kopplungseinrichtung übertragen.
Aufgrund der großen Kontaktfläche sind
die auftretenden Flächenpressungen
minimal. Die relativ geringen Kräfte
beim Abbremsen des Ventilhubs werden von der inneren Kontur über das
Anbindungselement ebenfalls auf die Kopplungseinrichtung übertragen.
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Ein
weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel
des Ventiltriebs ist dadurch gekennzeichnet, dass die Kopplungseinrichtung
mindestens ein Kopplungselement umfasst, das mit einem Ventilschaft
der Ventileinrichtung gekoppelt ist. Das Kopplungselement dient
dazu, eine definierte Bewegung der Kopplungseinrichtung auf den
Ventilschaft zu übertragen, der
in bekannter Art und Weise hin und her bewegbar geführt ist.
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Ein
weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel
des Ventiltriebs ist dadurch gekennzeichnet, dass das Kopplungselement
zwischen zwei Bunden angeordnet ist, die an dem Ventilschaft voneinander beabstandet
sind. Dadurch wird das Kopplungselement auf einfache Art und Weise
mit dem Ventilschaft gekoppelt.
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Ein
weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel
des Ventiltriebs ist dadurch gekennzeichnet, dass das Kopplungselement über mindestens
einen ersten Hebelarm mit dem Anbindungselement verbunden ist, das
im hohen Drehzahlbereich an der inneren Nockenkontur des ersten
Nockenelements anliegt. Vorzugsweise umgreifen zwei Kopplungselemente
den Ventilschaft gabelartig zwischen den beiden Bunden.
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Ein
weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel
des Ventiltriebs ist dadurch gekennzeichnet, dass das Anbindungselement über einen
zweiten Hebelarm mit einem Lagerzapfen verbunden ist, der drehbar
gelagert ist. Durch den Lagerzapfen wird sichergestellt, dass sich
das Kopplungselement und das Anbindungselement nur auf definierten
Bahnen bewegen können.
Durch die Größe der Hebelarme kann
der Ventilhub gezielt beeinflusst werden.
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Ein
weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel
des Ventiltriebs ist dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Hebelarme
an jeweils einem Ende im Bereich des Anbindungselements einstückig miteinander
verbunden sind. Vorzugsweise sind das Kopplungselement, die beiden
Hebelarme und der Lagerzapfen einstückig miteinander verbunden
und bilden zusammen die Kopplungseinrichtung.
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Ein
weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel
des Ventiltriebs ist dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Nockenelement
eine äußere Nockenkontur
aufweist, die in dem niedrigen Drehzahlbereich mit einer weiteren
Kontaktfläche
der Kopplungseinrichtung Kontakt hat. In dem niedrigen Drehzahlbereich
hat die äußere Nockenkontur
des ersten Nockenelements keinen Kontakt mit der zugehörigen Kontaktfläche. Über die
weitere Kontaktfläche
wird die Ventilöffnungsbewegung
von dem zweiten Nockenelement gegen die Wirkung der Ventilschließfedereinrichtung
auf die Kopplungseinrichtung übertragen.
Die Ventilschließbewegung
wird in dem niedrigen Drehzahlbereich nur durch die Ventilschließfedereinrichtung
bewirkt.
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Ein
weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel
des Ventiltriebs ist dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Nockenelemente
an einem Nockenwellenabschnitt befestigt sind, der in axialer Richtung zwischen
einer ersten Betriebsstellung, die dem niedrigen Drehzahlbereich
zugeordnet ist, und einer zweiten Betriebsstellung, die dem hohen
Drehzahlbereich zugeordnet ist, verschiebbar ist. Alternativ kann
mindestens eines der Nockenelemente axial verschiebbar an dem Nockenwellenabschnitt
angebracht sein. In der ersten Betriebsstellung liegt das zweite
Nockenelement mit seiner äußeren Nockenkontur
an der zugehörigen
Kontaktfläche
an. In der zweiten Betriebsstellung liegt die äußere Kontur des ersten Nockenelements
an der zugehörigen
Kontaktfläche
an.
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Ein
weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel
des Ventiltriebs ist dadurch gekennzeichnet, dass die Nockenelemente
zum Antreiben von zwei Ventileinrichtungen eine gemeinsame Kopplungseinrichtung
aufweisen, die über
die Kontaktflächen
mit einem der beiden Nockenelemente zusammenwirkt. Dadurch wird
auf einfache Art und Weise ein zwangsgesteuerter Ventiltrieb für zwei Ventileinrichtungen geschaffen.
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Weitere
Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus
der nachfolgenden Beschreibung, in der unter Bezugnahme auf die Zeichnung
ein Ausführungsbeispiel
im Einzelnen beschrieben ist. Dabei können die in den Ansprüchen und
in der Beschreibung erwähnten
Merkmale jeweils einzeln für
sich oder in beliebiger Kombination erfindungswesentlich sein. Es
zeigen:
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1 eine
perspektivische Darstellung eines erfindungsgemäßen Ventiltriebs;
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2 den
Ventiltrieb aus 1 in der Vorderansicht;
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3 den
Ventiltrieb aus 1 in der Draufsicht;
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4 den
Ventiltrieb aus 1 in der Seitenansicht von rechts
und
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5 die
Ansicht eines Schnitts entlang der Linie V-V in 4.
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In
den 1 bis 5 ist ein zwangsgesteuerter
Ventiltrieb 1 einer Brennkraftmaschine, insbesondere eines
Kraftfahrzeugmotors, in verschiedenen Ansichten dargestellt. Der
zwangsgesteuerte Ventiltrieb 1 dient dazu, die Öffnungs-
und Schließbewegung
von zwei Ventilen 4, 5 zu steuern. Die beiden Ventile 4, 5 weisen
jeweils einen Ventilteller 6, 7 auf, der dazu
dient, eine (nicht dargestellte) Öffnung in einem Arbeitsraum
der Brennkraftmaschine zu verschließen und gezielt freizugeben.
Für den
Ladewechsel der Brennkraftmaschine sind die Steuerzeitquerschnitte
maßgeblich,
die sich aus dem Produkt von geöffneter
Durchtrittsfläche
und Öffnungszeit
ergeben. Die Schließbewegungsrichtung
der Ventilteller 6, 7 ist durch einen Pfeil 9 angegeben.
Die Öffnungsbewegungsrichtung
der Ventilteller 6, 7 ist durch einen Pfeil 10 angegeben.
Die Ventilteller 6, 7 sind jeweils einstückig mit
einem Ventilschaft 12, 13 verbunden. Die Ventilschäfte 12, 13 sind
jeweils in Längsrichtung
hin und her bewegbar geführt.
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Im
Bereich des freien Endes des Ventilschafts 13 sind zwei
Bunde 15, 16 ausgebildet. Die Bunde 15, 16 weisen
an ihren einander zugewandten Stirnseiten jeweils eine Anlagefläche auf.
Die beiden Anlageflächen
sind voneinander beabstandet. Zwischen den beiden Anlageflächen der
Bunde 15, 16 sind zwei Kopplungselemente 18, 19 angeordnet,
die den Ventilschaft 13 gabelartig umgreifen. Die Kopplungselemente 18, 19 sind
einstückig
mit einer Kopplungseinrichtung 20 verbunden.
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Die
Kopplungseinrichtung 20 umfasst eine Hebeleinrichtung 22,
die von einem Grundkörper 23 ausgeht.
Von dem Grundkörper 23 geht
ein Lagerzapfen 24 aus, der im Wesentlichen die Gestalt eines
hohlen Kreiszylinders aufweist. Der Lagerzapfen 24 ist,
wie in 2 angedeutet ist, um eine Drehachse oder Schwenkachse 26 drehbar gelagert.
Von der Hebeleinrichtung 22 geht ein Ansatz 28 aus,
der ein Durchgangsloch zur Aufnahme eines Endes eines Bolzens 29 aufweist.
Das Ende des Bolzens 29 ist in das Durchgangsloch eingepresst.
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In 4 sieht
man, dass der Ansatz 28 durch einen ersten Hebelarm 31 einstückig mit
dem Kopplungselement 18 verbunden ist. Auf der anderen
Seite ist der Ansatz 28 über einen zweiten Hebelarm 32 einstückig mit
dem Grundkörper 23 der
Kopplungseinrichtung 20 verbunden.
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In
der in 5 dargestellten Schnittansicht sieht man, dass
ein Ende des Bolzens 29 auf der dem Lagerzapfen 24 abgewandten
Seite aus dem Ansatz 28 der Kopplungseinrichtung 20 heraus
ragt. An dem herausragenden Ende des Bolzens 29 ist ein Anbindungselement 34,
das im vorliegenden Beispiel von einer Rolle gebildet wird, drehbar
angebracht. Das Anbindungselement 34 liegt an einer inneren Nockenkontur 38 eines
ersten Nockenelements 40 an. Das erste Nockenelement 40 ist
in bekannter Art und Weise an einem Nockenwellenabschnitt 41 befestigt,
der drehbar angetrieben ist. An seinem äußeren Umfang weist das erste
Nockenelement 40 eine äußere Nockenkontur 44 auf.
An der äußeren Nockenkontur 44 des
ersten Nockenelements 40 liegt eine Kontaktfläche 48 an,
die an einem Verbindungssteg 50 der Kopplungseinrichtung 20 ausgebildet
ist.
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In 5 sieht
man, dass sich der Verbindungssteg 50 zwischen dem Grundkörper 23 und
einem weiteren Grundkörper 53 der
Kopplungseinrichtung 20 erstreckt. Von dem Grundkörper 53 geht
ein Lagerzapfen 54 aus, der sich in der entgegengesetzten
Richtung zu dem Lagerzapfen 24 erstreckt. Die beiden Grundkörper 23, 53 sind,
wie man in 3 sieht, einstückig miteinander
verbunden.
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In
einem Abstand zu dem ersten Nockenelement 40 ist an dem
Nockenwellenabschnitt 41 ein zweites Nockenelement 60 angebracht.
Das zweite Nockenelement 60 weist eine äußere Nockenkontur 64 auf,
an der eine zweite Kontaktfläche 66 zur
Anlage kommen kann, wenn der Nockenwellenabschnitt 41 zusammen
mit den beiden Nockenelementen 40 und 60 in axialer
Richtung verschoben wird. Bei hohen Drehzahlen befindet sich die
erste Kontaktfläche 48 an
der äußeren Nockenkontur
des ersten Nockenelements 40 in Anlage. Gleichzeitig befindet
sich das Anbindungselement 34 an der inneren Nockenkontur des
ersten Nockenelements 40 in Anlage. In diesem Zustand werden
die Ventile 4, 5 durch die beiden Nockenkonturen 38, 44 des
ersten Nockenelements 40 zwangsgesteuert. Wenn der Nockenwellenabschnitt 41 mit
den beiden Nockenelementen 40, 60 in axialer Richtung
verschoben wird, was in einem niedrigen Drehzahlbereich der Fall
ist, dann befindet sich die äußere Nockenkontur 44 des
ersten Nockenelements 40 nicht mehr in Anlage an der ersten
Kontaktfläche 48 der
Kopplungseinrichtung 20. Des Weiteren befindet sich das
Anbindungselement 34 nicht mehr in Anlage an der inneren
Nockenkontur 38 des ersten Nockenelements 40.
Im niedrigen Drehzahlbereich kommt die äußere Nockenkontur 64 des
zweiten Nockenelements 60 an der zweiten Kontaktfläche 66 der
Kopplungseinrichtung 20 zur Anlage. In diesem Zustand,
der in den Figuren nicht dargestellt ist, wird die Öffnungsbewegung
der Ventile 4, 5 durch die äußere Nockenkontur 64 des
zweiten Nockenelements 60 gesteuert. Die Schließbewegung
der Ventile 4, 5 wird in diesem Zustand durch
eine (nicht dargestellte) herkömmliche
Ventilschließfedereinrichtung
erzeugt.
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In
den 1 und 2 sieht man, dass an dem Ventilschaft 12 ebenfalls
zwei Bunde 75, 76 ausgebildet sind, zwischen denen
zwei Kopplungselemente 78, 79 angeordnet sind.
Die Kopplungselemente 78, 79 sind über eine
Hebeleinrichtung 82, die analog zu der Hebeleinrichtung 22 gestaltet
ist, einstückig
mit dem Grundkörper 53 verbunden.