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Die
Erfindung betrifft einen zwangsgesteuerten Ventiltrieb zum Steuern
der Öffnungs-
und Schließbewegung
mindestens einer Ventileinrichtung, mit mindestens einem angetriebenen
Nockenelement, das eine äußere Nockenkontur
mit einem ersten Grundkreis aufweist, die von einem Umschlingungselement
umschlungen ist.
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Zwangsgesteuerte
Ventiltriebe oder Ventilsteuerungen werden auch als desmodromische
Ventilsteuerungen bezeichnet. Aus der europäischen Patentanmeldung
EP 1 247 946 A2 ist
ein Ventiltrieb für Brennkraftmaschinen
bekannt, der mindestens ein angetriebenes Nockenelement und ein
vom Nockenelement gegen eine Rückstellkraft
bewegbares Nockenfolgeelement aufweist. Das Nockenelement ist drehbar
in einem flexiblen Umschlingungselement angeordnet, das mit dem
Nockenfolgeelement über eine
zusätzliche
Aufhängung
gelenkig verbunden ist. Aus der deutschen Offenlegungsschrift
DE 37 00 715 A1 ist
eine Zwangssteuerung für
ein Ventil einer Brennkraftmaschine bekannt, das einen rotierenden Nocken
und Mittel zur Herstellung einer formschlüssigen Verbindung zwischen
Nocken und Ventilschaft umfasst. Der Nocken ist von einem Band reibungsarm
eng umschlossen, das in einer zur Rotationsachse des Nockens senkrechten
Ebene verformbar am freien Endbereich des Ventilschafts schwenkbar
angelenkt ist. Die bekannten zwangsgesteuerten Ventiltriebe sind
aufgrund der großen
Anzahl der verwendeten Bauteile oder aufgrund von hohen Toleranzanforderungen
sehr komplex. Außerdem
hat sich gezeigt, dass die schwenkbare Aufhängung an dem Umschlingungselement
zu Problemen führen
kann.
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Die
US 1,238,175 A beschreibt
ebenfalls einen desmodromischen Ventiltrieb mit einem Nockenelement,
das eine äußere und
innere Nockenkontur aufweist, wobei die äußere Nockenkontur durch einen
starren, einteilig mit der inneren Nockenkontur ausgeführten Nockenring
gebildet ist. Zwischen äußerer und
innerer Nockenkontur liegt ein Antriebselement, das mit einer Ventileinrichtung
zum Öffnen
und Schließen
einer Öffnung
in einem Arbeitsraum einer Brennkraftmaschine gekoppelt ist. Die äußere Nockenkontur, die
im übrigen
einen ersten Grundkreis aufweist, bestimmt die Schließbewegung
der Ventileinrichtung, wohingegen die innere Nockenkontur, aufweisend
einen zweiten Grundkreis, die Öffnungsbewegung
steuert. Nachteilig bei diesem Ventiltrieb ist die relativ hohe
Masse des Nockenelements mit dem starren Nockenring. Eine ähnliche
Ventileinrichtung mit einer inneren Nockenkontur und einem äußeren Nockenring
an einem einstückigen
Nockenelement ist überdies
aus der
GB 2 237 324
A ersichtlich. Außerdem
zeigt die
DE 1 203 538
A eine desmodromische Ventilsteuerung mit einem Nockenelement, das
zwei separate, ein Nockenpaar bildende Nocken mit je einer äußeren Nockenkontur
aufweist. Die abgegriffene Nockenkontur wird auf einen Ventilbetätigungshebel übertragen,
der gabelförmig
die Ventileinrichtung umgreift und jeweils bei der Öffnungs- bzw.
Schließbewegung
auf einen Bund an der Ventileinrichtung wirkt.
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Aufgabe
der Erfindung ist es, einen zwangsgesteuerten Ventiltrieb gemäß dem Oberbegriff
des Anspruchs 1 zu schaffen, der einfach aufgebaut und kostengünstig herstellbar
ist.
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Die
Aufgabe ist bei einem zwangsgesteuerten Ventiltrieb zum Steuern
einer Öffnungs-
und Schließbewegung
mindestens einer Ventileinrichtung, mit mindestens einem angetriebenen
Nockenelement, das an seinem Umfang eine äußere Nockenkontur mit einem
ersten Grundkreis aufweist, die von einem separaten Umschlingungselement
umschlungen ist, dadurch gelöst,
dass das Nockenelement eine innere Nockenkontur mit einem zweiten
Grundkreis aufweist, der einen kleineren Durchmesser als der erste
Grundkreis aufweist und koaxial so zu dem ersten Grundkreis angeordnet
ist, dass sich zwischen dem Umschlingungselement und der inneren Nockenkontur
eine Nockennut ergibt, in die ein Antriebselement eingreift, das
mit der Ventileinrichtung gekoppelt ist. Die erste Nockenkontur
wird auch als äußere und
die zweite Nockenkontur als innere Nockenkontur bezeichnet. Bei
dem Umschlingungselement handelt es sich vorzugsweise um ein flexibles Band.
Das Nockenelement mit den beiden Nockenkonturen kann in einem trennenden
Fertigungsverfahren, zum Beispiel mit Hilfe eines Profilwerkzeugs, oder
in einem Urformverfahren, zum Beispiel durch Gießen oder Sintern, in einem
Arbeitsgang erzeugt werden. Das Antriebselement gleitet oder wälzt sich an
einer Nutflanke der Nockennut. Aus dem eingangs bereits genannten
US-Patent
US 1,238,175
A ist zwar ein zwangsgesteuerter Ventiltrieb bekannt, der ein
Nockenelement mit einer Nockennut aufweist, allerdings ist das bekannte
Nockenelement inklusive der Nockennut mit zwei Nutflanken aus einem
Stück hergestellt.
Durch dieses US-Patent wird weder offenbart noch nahe gelegt, eine
der Nutflanken der Nockennut mit Hilfe eines separaten Umschlingungselements
zu realisieren. Der erfindungsgemäße Ventiltrieb liefert unter
anderem den Vorteil, dass die Nockennut fertigungstechnisch relativ
einfach herstellbar ist. Zum Öffnen
wird die Ventileinrichtung durch die zweite oder innere Nockenkontur
beschleunigt. Durch die erste oder äußere Nockenkontur, die mit Hilfe
des Umschlingungselements auf das Antriebselement übertragen
wird, wird die Ventileinrichtung wieder gebremst. Außerdem ist
vorteilhaft, dass durch das Umschlingungselement Masse eingespart werden
kann.
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Ein
bevorzugtes Ausführungsbeispiel
des Ventiltriebs ist dadurch gekennzeichnet, dass das Umschlingungselement
von einem flexiblen Band gebildet wird, das an der äußeren Nockenkontur
befestigt ist. Vorzugsweise ist das Umschlingungselement reib- und/oder
formschlüssig
an der äußeren Nockenkontur
befestigt. Das heißt,
das Umschlingungselement dreht sich im Betrieb mit dem Nockenelement.
Im Unterschied zu den bekannten zwangsgesteuerten Ventiltrieben
ist das Umschlingungselement nicht an die Ventileinrichtung angelenkt.
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Ein
weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel
des Ventiltriebs ist dadurch gekennzeichnet, dass das Antriebselement
die Gestalt eines Kreiszylinders aufweist, dessen Außendurchmesser
dem Abstand zwischen den beiden Grundkreisen entspricht. Dadurch
wird ein spielfreier Eingriff des Antriebselements in die Nockennut
gewährleistet.
Das Antriebselement kann auch als Mitnehmerelement bezeichnet werden.
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Ein
weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel
des Ventiltriebs ist dadurch gekennzeichnet, dass das Antriebselement über eine
Hebeleinrichtung mit mindestens einem Kopplungselement gekoppelt
ist, das über
die Hebeleinrichtung mit einem Ventilschaft der Ventileinrichtung
gekoppelt ist. Durch die Hebeleinrichtung werden sowohl die Bewegung des
Antriebselements als auch die Bewegung des Kopplungselements geführt.
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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 angebracht 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 die Hebeleinrichtung
an einem dem Kopplungselement abgewandten Ende schwenkbar gelagert
ist. Vorzugsweise ist die Schwenkachse der Hebeleinrichtung parallel
zu der Achse einer Nockenwelle angeordnet, die das Nockenelement
antreibt.
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Ein
weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel
des Ventiltriebs ist dadurch gekennzeichnet, dass das Nockenelement
auf zwei Seiten jeweils eine äußere Nockenkontur
mit einem ersten Grundkreis, wobei die beiden äußeren Nockenkonturen von dem Umschließungselement
umschlungen sind, und jeweils eine innere Nockenkontur mit einem
zweiten Grundkreis aufweist, der einen kleineren Durchmesser als
der erste Grundkreis aufweist und koaxial so zu dem ersten Grundkreis
angeordnet ist, dass sich zwischen dem Umschlingungselement und
den beiden inneren Nockenkonturen jeweils eine Nockennut ergibt,
in die jeweils ein Antriebselement eingreift, das mit jeweils einer
Ventileinrichtung gekoppelt ist. Dadurch wird auf einfache Art und
Weise ein zwangsgesteuerter Ventiltrieb für zwei Ventileinrichtungen geschaffen.
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Ein
weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel
des Ventiltriebs ist dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebselemente über die
Hebeleinrichtung mit jeweils mindestens einem Kopplungselement verbunden
sind, das jeweils mit einem Ventilschaft einer der Ventileinrichtungen
gekoppelt ist. Vorzugsweise ist die Schwenkachse der Hebeleinrichtung
parallel zu der gemeinsamen Achse der Antriebselemente angeordnet.
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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 und
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4 den
Ventiltrieb aus 1 in der Seitenansicht von rechts.
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In
den 1 bis 4 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
einer 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 Hebeleinrichtung 20 verbunden.
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In 3 sieht
man, dass die Hebeleinrichtung 20 zwei Hebelarme 21, 22 aufweist,
die von einem Grundkörper 23 der
Hebeleinrichtung 20 ausgehen. An dem freien Ende des Hebelarms 21 sind,
wie auch in 4 zu sehen ist, die Kopplungselemente 18, 19 ausgebildet.
Die Kopplungselemente 18, 19 haben jeweils die
Gestalt einer mit einem Durchgangsloch versehenen Kreisscheibe,
die an dem dem Hebelarm 21 abgewandten Ende abgeschnitten ist.
In 3 sieht man auch, dass von dem Grundkörper 23 der
Hebeleinrichtung 20 zwei Lagerzapfen 24, 25 ausgehen,
die dazu dienen, die Hebeleinrichtung 20 um eine Schwenkachse 26 herum
schwenkbar zu lagern.
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Das
Kopplungselement 19 weist einen Ansatz 29 auf,
von dem etwa in Höhe
des Bundes 16 auf der dem Bund 16 abgewandten
Seite ein Antriebselement 30 ausgeht, das auch als Mitnehmerelement bezeichnet
wird und die Gestalt eines kreiszylinderförmigen Zapfens aufweist. Das
Antriebselement 30 ist einer Nockennut 32 angeordnet.
Die Nockennut 32 weist einen Nutgrund 33 auf,
der von einer Stirnfläche 34 eines Nockenelements 35 gebildet
wird. Das Nockenelement 35 umfasst einen ersten Nocken 36,
an dessen Umfang eine erste oder äußere Nockenkontur 41 mit
einem ersten Grundkreis ausgebildet ist. Eine zweite oder innere
Nockenkontur 42 mit einem zweiten Grundkreis, der koaxial
beziehungsweise konzentrisch zu dem ersten Grundkreis der ersten
Nockenkontur 41 angeordnet ist und einen kleineren Durchmesser
als der erste Grundkreis aufweist, ist an einem zweiten Nocken 44 ausgebildet, der
einstückig
mit und erhaben zu dem ersten Nocken 36 des Nockenelements 35 ausgebildet
ist.
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Von
zweiten Nocken 44 geht ein Nockenwellenstummel 46 aus.
Von der entgegengesetzten Stirnseite des Nockenelements 35 geht
ein weiterer Nockenwellenstummel 47 aus, der koaxial zu
dem Nockenwellenstummel 46 angeordnet ist. Die beiden Nockenwellenstummel 46, 47 können Teil
einer Nockenwelle sein, durch welche der zwangsgesteuerte Ventiltrieb 1 angetrieben
wird. Die Drehachse der Nockenwellenstummel 46, 47 ist
in 3 mit 45 bezeichnet.
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Die
erste äußere Nockenkontur 41 des
Nockenelements 35 ist von einem Umschließungselement 48 umschlungen,
das auch als Umschlingungselement bezeichnet wird. Bei dem Umschließungselement 48 handelt
es sich um ein flexibles Band, das um den ersten Nocken 36,
der auch als Außennocken
oder äußerer Nocken
bezeichnet wird, herum geschlungen und durch Reibschluss oder durch Formschluss
auf diesem Nocken befestigt ist. Das Umschließungselement ragt in axialer
Richtung über den äußeren Nocken 36 hinaus.
Das Umschließungselement 48 steht
soweit über
den äußeren Nocken 36 hinaus,
wie sich der zweite innere Nocken 44 in diese Richtung
erstreckt. Der Überstand
des Umschließungselements 48 entspricht
also der Dicke des inneren Nockens 44 in axialer Richtung.
Die zweite Nockenkontur 42 des inneren Nockens 44 bildet
eine Nutflanke der Nockennut 32. Die andere Nutflanke wird
von dem überstehenden
Abschnitt des Umschließungselements 48 gebildet.
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In 2 sieht
man, dass das Umschließungselement 48 nicht
von einem Endlosband gebildet wird, sondern zwei Enden aufweist,
die durch ein Verschlusselement 55 aneinander befestigt
sind. In 2 sieht man auch, dass im Bereich
des freien Endes des Ventilschafts 12 in gleicher Weise
wie an dem Ventilschaft 13 zwei Bunde 65, 66 vorgesehen sind.
Zwischen den Bunden 65, 66 sind zwei Kopplungselemente 68, 69 angeordnet,
die einstückig
mit der Hebeleinrichtung 20 verbunden sind. Das Kopplungselement 69 weist
einen Ansatz 79 auf, von dem in gleicher Weise wie bei
dem Ansatz 29 ein Antriebselement ausgeht, das in eine
Nockennut eingreift, die analog zu der Nockennut 32 auf
der entgegengesetzten Stirnseite des Nockenelements 35 vorgesehen
ist.
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Durch
den erfindungsgemäßen Ventiltrieb können Performance-Steigerungen
in Bezug auf den Ventilzeitquerschnitt und/oder eine höhere Enddrehzahl
erreicht werden. Ein wesentlicher Vorteil des erfindungsgemäßen Ventiltriebs
liegt darin, dass die Reibleistung des Ventiltriebs verringert werden
kann. Dadurch kann insbesondere bei niedrigen Drehzahlen der Brennkraftmaschine
der Kraftstoffverbrauch gesenkt werden. Die beiden Nockenkonturen
des Nockenelements 35 werden zum Beispiel mit einem Profilwerkzeug
oder in einem anderen formgebenden Verfahren, wie Gießen oder
Sintern, in einem Arbeitsgang hergestellt. Der Grundkreisunterschied
der beiden Nockenkonturen 41, 42 entspricht gerade
dem Außendurchmesser
des Antriebselements 30, das von einer Rolle gebildet werden
kann.