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Die Erfindung betrifft eine Brennkraftmaschinenventiltriebumschaltvorrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
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Aus der
DE 10 2005 006 489 A1 ist eine Brennkraftmaschinenventiltriebumschaltvorrichtung bekannt, bei welcher miteinander gekoppelte Schaltvorgänge gleichzeitig durchgeführt werden.
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Die
DE 195 20 117 A1 offenbart eine Brennkraftmaschinenventiltriebumschaltvorrichtung, mit einem in einer Nockenwelle geführten Schaltmittel, das über mindestens ein in der Nockenwelle geführtes Federelement auf eine Schalteinheit einwirkt.
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Die
DE 10 2007 037 358 A1 offenbart eine Brennkraftmaschinenventiltriebumschaltvorrichtung mit zumindest zwei Schalteinheiten. Die Schalteinheiten sind dazu vorgesehen, wenigstens zwei zumindest zeitlich teilweise überlappende wenigstens teilweise entgegengerichtete Schaltvorgänge auszuführen.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Ventiltriebumschaltvorrichtung so auszubilden, dass bei einer hohen Betriebssicherheit sowohl Bauvolumen und Gewicht als auch Kosten eingespart werden können. Die Aufgabe wird gelöst durch die Merkmale des Patentanspruchs 1.
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Die Erfindung geht aus von einer Brennkraftmaschinenventiltriebumschaltvorrichtung mit einer Umschalteinheit, wobei die Umschalteinheit eine Ausführeinheit aufweist, welche dazu vorgesehen ist, aufgrund zumindest eines Signals einen ersten Schaltvorgang und danach unabhängig von einer elektronischen Auswertung einen zweiten Schaltvorgang auszuführen. Die Ausführeinheit umfasst zwei unterschiedlichen Schaltrichtungen zugeordnete Schaltmittel und zwei Schalteinheiten. Die Ausführeinheit ist dazu vorgesehen, zumindest in Abhängigkeit von den Positionen der Schalteinheiten relativ zu den Schaltmitteln die Schalteinheiten in zumindest einem Betriebsmodus unabhängig voneinander zu betätigen.
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Es wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, dass die Ausführeinheit zwei Steuermittel aufweist, welche auf einander zugewandten Enden der zwei Schalteinheiten der Ausführeinheit positioniert sind. Die Steuermittel bilden
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Steuerkulissen und die Schalteinheiten sind als axial verlagerbare Teilstücke einer Nockenwelle mit Nocken mit wenigstens teilweise unterschiedlicher Kontur ausgebildet. Es wird weiter erfindungsgemäß vorgeschlagen, dass die Schaltmittel dazu vorgesehen sind, die Steuerkulissen in mindestens einer radialen Richtung zu beaufschlagen und als Schaltpins ausgebildet sind und die Steuerkulissen derart von den Steuermitteln gebildet werden, dass die Steuerkulissen jeweils von den Schalteinheiten der Ausführeinheit gebildet sind.
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Unter der „Umschalteinheit“ soll insbesondere eine Einheit verstanden werden, welche dazu vorgesehen ist, einen Umschaltvorgang wenigstens eines Ventiltriebs zu bewirken.
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Unter „vorgesehen“ soll insbesondere speziell ausgestattet und/oder ausgelegt verstanden werden. Unter dem „Signal“ soll dabei insbesondere ein Auslösevorgang und/oder ein Zeichen, wie zum Beispiel ein Stromimpuls, mit festgelegter Bedeutung und/oder ein von außerhalb der Ausführeinheit veranlasstes Beaufschlagen und/oder Positionieren eines mechanischen Bauelements in einer Schaltstellung und/oder mechanisches Wechselwirken verstanden werden. Unter dem „Auslösevorgang“ soll insbesondere ein mechanischer, elektrischer, quantenmechanischer und/oder elektromechanischer Vorgang verstanden werden, welcher im Besonderen zu einer bestimmten Positionierung der Schaltmittel führen kann. Unter „Ausführeinheit“ soll im Besonderen eine Einheit verstanden werden, welche aufgrund des Signals wenigstens einen Vorgang einmalig ausführt. Unter dem „Schaltvorgang“ soll insbesondere eine Relativbewegung und insbesondere eine axiale Relativbewegung zwischen zwei Bauteilen verstanden werden. Darunter, dass der Schaltvorgang „nach“ dem zweiten Schaltvorgang stattfindet, soll insbesondere verstanden werden, dass die Schaltvorgänge wenigstens teilweise zeitlich versetzt stattfinden und/oder besonders vorteilhaft zeitlich überlappungsfrei sind. Unter der elektronischen „Auswertung“ soll insbesondere ein elektronisches Einordnen und/oder Beurteilen eines Zustandes und/oder eines Signals und/oder eines Vorgangs gemeint sein. Mit einem Ausführen „unabhängig“ von der elektronischen Auswertung soll insbesondere ein auf mechanische, quantenmechanische, elektrische und/oder elektromagnetische Weise automatisiertes Ausführen gemeint sein. Mit einer erfindungsgemäßen Ausgestaltung kann ein einfacher Aufbau der Umschalteinheit erreicht werden.
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Mit Vorteil ist die Ausführeinheit dazu vorgesehen, ein Umschalten eines Ventiltriebs und/oder einen Wechsel wenigstens einer Ventilerhebungskurve und/oder ein Abschalten wenigstens eines Ventils und/oder wenigstens einen Wechsel von Betriebsarten einer Brennkraftmaschine zu bewirken. Hiermit kann eine einfache und effiziente Bedienung des Ventils des Ventiltriebs erreicht werden. Unter dem „Ventiltrieb“ soll insbesondere eine Baueinheit verstanden werden, welche dazu vorgesehen ist, in Verbrennungsmotoren, welche auf einer Hubkolbenmaschine basieren, zumindest teilweise einen Gaswechsel zu erlauben. Unter dem „Umschalten“ des Ventiltriebs soll insbesondere ein Änderungsvorgang zur Änderung wenigstens einer Eigenschaft und/oder wenigstens einer Funktion des Ventiltriebs und/oder das Wechseln zwischen unterschiedlichen Betriebsmodi verstanden werden. Mit der „Ventilerhebungskurve“ soll der Graph einer Funktion gemeint sein, welche man erhält, wenn man den Ventilhub, welcher relativ zu dem Zylinder, zu welchem das Ventil zugeordnet ist, gemessen wird, über einem Drehwinkel einer dem Ventiltrieb zugeordneten Antriebswelle in einem kartesischen Koordinatensystem aufträgt. Unter „unterschiedlichen Betriebsmodi“ soll insbesondere die Betätigung des Ventils mit unterschiedlichen Steuerzeiten und/oder Ventilerhebungskurven verstanden werden soll. Unter dem „Wechsel der Betriebsarten“ soll hier insbesondere der Betrieb der Brennkraftmaschine mit Volllast, mit Teillast, im Selbstzündungsbetrieb, mit Zylinderabschaltung, mit frühem oder spätem Einlass-Schluss oder weiteren, dem Fachmann als sinnvoll erscheinenden Betriebsarten verstanden werden.
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Unter den „Schaltmitteln“ sollen insbesondere Mittel verstanden werden, welche dazu vorgesehen sind, einen Schaltvorgang, insbesondere auch in einem Zusammenwirken mit wenigstens einer der Schalteinheiten oder einer anderen Einheit, zu bewirken. Unter den „Schalteinheiten“ sollen insbesondere Einheiten verstanden werden, welche dazu vorgesehen sind, den Schaltvorgang, insbesondere auch in einem Zusammenwirken mit wenigstens einem der Schaltmittel oder einer anderen Einheit, zu bewirken. Darunter, dass die Ausführeinheit die Schalteinheiten „betätigt“, soll insbesondere ein Zusammenwirken und/oder Wechselwirken der Ausführeinheit oder Teilen der Ausführeinheit mit den Schalteinheiten, welches den Schaltvorgang bewirken kann, gemeint sein. Darunter, dass die Ausführeinheit die Schalteinheiten „unabhängig voneinander“ betätigt, soll im Besonderen gemeint sein, dass ein Betätigen einer der Schalteinheiten durch die Ausführeinheit ein Betätigen einer anderen der Schalteinheiten durch die Ausführeinheit nicht beeinflusst. Unter dem „Betriebsmodus“ soll insbesondere eine Art eines Betriebs verstanden werden.
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Unter der „Schaltrichtung“ soll insbesondere eine Richtung verstanden werden, in welche ein Bauteil bei dem zumindest teilweise durch die Schaltmittel bewirkten Schaltvorgang relativ zu dem Schaltmittel bewegt wird, insbesondere translatorisch bewegt wird. Grundsätzlich sind auch überlagerte Bewegungen, wie translatorische und rotatorische Bewegungen denkbar.
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Unter den Steuermitteln sollen insbesondere Mittel zur Steuerung eines Vorgangs, im Besonderen zur Steuerung des Schaltvorgangs, verstanden werden. Insbesondere können die Schalteinheiten unterschiedlichen Ventilen, welche im Besonderen unterschiedlichen Zylindern zugeordnet sein können, zugeordnet sein. Für eine besonders flexible Schaltung können die Schalteinheiten nur einem der Ventile zugeordnet sein.
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Unter den „Steuerkulissen“ sollen insbesondere jeweils wenigstens eine Ausformung oder mehrere Ausformungen zusammen mit ihren Berandungen verstanden werden, welche dazu vorgesehen sind, die Schaltmittel bei wenigstens einem der Schaltvorgänge zu führen, und sich einzeln oder zusammen über einen bestimmten Winkelbereich, wie bevorzugt über mehr als 10°, vorteilhaft über mehr als 80° und besonders bevorzugt über mehr als 180°, in Umfangsrichtung der Antriebswelle oder eines mit der Antriebswelle verbundenen Bauteils erstrecken, wobei die Ausformungen räumlich voneinander getrennt sein können und diese räumliche Trennung durch einen Schaltvorgang aufhebbar sein kann. Unter der „Ausformung“ soll insbesondere eine Ausnehmung verstanden werden, die verschiedene, dem Fachmann als sinnvoll erscheinende Erstreckungsformen aufweisen können, wie insbesondere eine lang gestreckte Erstreckungsform. Die Ausformung kann insbesondere ein Schlitz oder eine Nut sein. Unter dem „Schlitz“ soll im Besonderen eine schmale Ausnehmung verstanden werden.
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Unter der „radialen Richtung“ soll insbesondere eine Richtung radial in Bezug auf die Antriebswelle verstanden werden. Mit einem „Beaufschlagen“ der Steuerkulisse durch die Schaltmittel soll im Besonderen gemeint sein, dass die Schaltmittel dazu vorgesehen sind, bei einer Bewegung auf die Ausformung einer der Steuerkulissen aufzutreffen und/oder mit einer Kraft zu wirken.
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Mit den „Nocken“ sollen insbesondere kurvenartige Vorsprünge auf einer in dem Betriebsmodus rotierenden Welle, welche als Nockenwelle ausgebildet ist, gemeint sein. Unter der „wenigstens teilweise unterschiedlich ausgebildeten Kontur“ soll insbesondere eine unterschiedliche Ausdehnung der Vorsprünge von unterschiedlichen Nocken und/oder eines der Nocken verstanden werden.
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Weitere Vorteile ergeben sich aus der folgenden Zeichnungsbeschreibung. In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt. Die Beschreibung und die Ansprüche enthalten zahlreiche Merkmale in Kombination. Der Fachmann wird die Merkmale zweckmäßigerweise auch einzeln betrachten und zu sinnvollen weiteren Kombinationen zusammenfassen.
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Dabei zeigen:
- 1 Teile einer Brennkraftmaschinenventiltriebumschaltvorrichtung mit einer Umschalteinheit,
- 2 eine Abwicklung einer Steuerkulisse,
- 3 eine Draufsicht auf Abwicklungen zweier Steuerkulissen,
- 4a und 4b einen Zwischenzustand bei einem ersten Schritt eines Schaltvorgangs nach rechts,
- 5a und 5b einen Zwischenzustand bei einem zweiten Schritt des Schaltvorgangs nach rechts,
- 6a und 6b einen Zwischenzustand bei einem dritten Schritt des Schaltvorgangs nach rechts,
- 7a und 7b einen Zwischenzustand bei einem vierten Schritt des Schaltvorgangs nach rechts,
- 8a und 8b einen Zwischenzustand bei einem fünften Schritt des Schaltvorgangs nach rechts,
- 9a und 9b einen Zwischenzustand bei einem sechsten Schritt des Schaltvorgangs nach rechts,
- 10a und 10b einen Zwischenzustand bei einem siebten Schritt des Schaltvorgangs nach rechts,
- 11a und 11b einen Zwischenzustand bei einem achten Schritt des Schaltvorgangs nach rechts,
- 12a und 12b einen Zwischenzustand bei einem ersten Schritt eines Schaltvorgangs nach links,
- 13a und 13b einen Zwischenzustand bei einem zweiten Schritt des Schaltvorgangs nach links,
- 14a und 14b einen Zwischenzustand bei einem dritten Schritt des Schaltvorgangs nach links,
- 15a und 15b einen Zwischenzustand bei einem vierten Schritt des Schaltvorgangs nach links,
- 16a und 16b einen Zwischenzustand bei einem fünften Schritt des Schaltvorgangs nach links,
- 17a und 17b einen Zwischenzustand bei einem sechsten Schritt des Schaltvorgangs nach links,
- 18a und 18b einen Zwischenzustand bei einem siebten Schritt des Schaltvorgangs nach links,
- 19a und 19b einen Zwischenzustand bei einem achten Schritt des Schaltvorgangs nach links,
- 20 einen Schnitt durch ein alternatives, nicht zur Erfindung gehörendes Ausführungsbeispiel einer Brennkraftmaschinenventiltriebumschaltvorrichtung mit einer Ausführeinheit,
- 21 einen Teil einer Schalteinheit gemäß des nicht zur Erfindung gehörenden Ausführungsbeispiels,
- 22 einen Teil einer Nockenwelle gemäß des nicht zur Erfindung gehörenden Ausführungsbeispiels und
- 23 einen Teil der Ausführeinheit gemäß des nicht zur Erfindung gehörenden Ausführungsbeispiels.
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1 zeigt eine Brennkraftmaschinenventiltriebumschaltvorrichtung mit einer Umschalteinheit 36, die zwei Aktoren 64, 65, eine Nockenwelle 46 und eine Ausführeinheit 38 aufweist, welche dazu vorgesehen ist, aufgrund eines Signals einen ersten Schaltvorgang und danach unabhängig von einer elektronischen Auswertung einen zweiten Schaltvorgang auszuführen. Die Ausführeinheit 38 weist ausschließlich mechanische Bauelemente auf und ist folglich als mechanische Einheit 40 ausgebildet. Ferner umfasst die Ausführeinheit 38 zwei von jeweils einem Schaltpin gebildete Schaltmittel 3, 4, die von den Aktoren 64, 65 betätigbar bzw. aus den Aktoren 64, 65 ausfahrbar sind. Außerdem umfasst die Ausführeinheit 38 Schalteinheiten 1, 2, welche Teile der Nockenwelle 46 sind. Die Schalteinheiten 1, 2 weisen eine gemeinsame Haupterstreckungsrichtung auf, welche mit einer Haupterstreckungsrichtung der Nockenwelle 46 übereinstimmt. Die Schaltmittel 3, 4 weisen ebenfalls eine gemeinsame Haupterstreckungsrichtung auf, welche radial zu der Nockenwelle 46 und zu den Schalteinheiten 1, 2 verläuft.
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Die Schaltmittel 3, 4 sind jeweils dazu vorgesehen, die beiden Schalteinheiten 1, 2 zu betätigen. Bei dem Ausfahren eines Schaltmittels 3, 4, welches in seine Haupterstreckungsrichtung auf die Schalteinheiten 1, 2 zu stattfindet, findet zunächst eine Beaufschlagung einer Schalteinheit 1, 2 und danach ein Wechselwirken zwischen dem Schaltmittel 3, 4 und den Schalteinheiten 1, 2 statt, welches anhand von den 4a bis 19b beschrieben wird und aufgrund dessen ein axiales Verlagern der Schalteinheiten 1, 2 relativ zu den Schaltmitteln 3, 4 entlang der Haupterstreckungsrichtung der Schalteinheiten 1, 2 stattfindet. Mit dem axialen Verlagern der Schalteinheiten 1, 2 findet ein axiales Verlagern von zu den Schalteinheiten 1, 2 gehörigen Nocken 7, 8, 48, 50, 26, 27, 28, 29, 30, 31 statt. Die Nocken 7, 8 und 48, 50 weisen eine unterschiedliche Kontur von der Art auf, dass sich die maximale radiale Ausdehnung der Nocken 8, 50 von der maximalen radialen Ausdehnung der Nocken 48, 7 unterscheidet. Da die Nockenwelle 46 nur die Nocken 7, 8, 48, 50, 26, 27, 28, 29, 30, 31 umfasst, können beide Schaltmittel 3, 4 jeweils diejenigen Schalteinheiten 1, 2, durch welche Ventilerhebungskurven von Ventilen, welche der Nockenwelle 46 zugeordnet sind, änderbar sind, betätigen.
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Die Schalteinheit 1 weist ein Steuermittel 52 auf, welches durch Abschnitte 9, 11, 13, 16, 18 (siehe 3), welche durch vier Nuten gebildet sind, gebildet ist. Ferner weist die Schalteinheit 2 ein Steuermittel 54 auf, welches durch Abschnitte 10, 12, 14, 15, 17 (siehe 3), welche durch vier Nuten gebildet sind, gebildet ist. Die Steuermittel 52, 54 sind in Endbereichen bzw. auf Enden 56, 58 der Schalteinheiten 1, 2 positioniert, welche in der Haupterstreckungsrichtung der Nockenwelle 46 einander zugewandt und direkt benachbart sind. Die Steuermittel 52, 54 bilden zwei Steuerkulissen 5, 6, welche in der Haupterstreckungsrichtung der Nockenwelle 46 hintereinander angeordnet sind. Die Steuerkulissen 5, 6 werden also jeweils von den beiden Schalteinheiten 1, 2 gebildet.
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Die Schaltmittel 3, 4 sind so angeordnet, dass sie bei einem Schaltvorgang die Steuerkulissen 5, 6 in der radialen Richtung beaufschlagen können. Die Schaltmittel 3, 4 sind entlang der Haupterstreckungsrichtung der Nockenwelle 46 in der gleichen Reihenfolge wie die Steuerkulissen 6, 5 hintereinander angeordnet. Das Schaltmittel 3 kann die Steuerkulisse 6 und das Schaltmittel 4 die Steuerkulisse 5 beaufschlagen.
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2 zeigt eine Abwicklung einer der Steuerkulissen 5 oder 6, welche sich über mehr als eine Nockenwellenumdrehung erstreckt, und zwar ca. über 540°. Grundsätzlich sind auch andere, dem Fachmann als sinnvoll erscheinende Winkelbereiche denkbar.
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Erfindungsgemäß erlaubt jede der Steuerkulissen 5, 6 ein Wechseln der Schaltmittel 3, 4 während eines Umschaltvorgangs von einer Schalteinheit 2 auf eine andere Schalteinheit 1 und zurück.
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3 zeigt schematisch eine Draufsicht auf die Abwicklungen der Steuerkulissen 5 und 6, welche ein Getriebe 42 bilden, das als Kurvengetriebe ausgebildet ist. Die Abwicklung der beiden Steuerkulissen 5, 6 wird von zwei L-förmigen Teilen einer Abwicklung der Schalteinheiten 1, 2 gebildet, welche zwischen zwei Schaltvorgängen, an welchen unterschiedliche Schaltmittel 3, 4 beteiligt sind, eine rechteckige Form aufweisen. Ein L-förmiges Teil umfasst jeweils zwei Hälften von den Steuerkulissen 5, 6, welche zu unterschiedlichen Steuerkulissen 5, 6 gehören. Die Steuerkulissen 5, 6 weisen die Abschnitte 9 bis 18 auf, die in Wechselwirkung mit den Schaltmitteln 3, 4 unterschiedliche Funktionen der Schaltmittel 3, 4 und/oder der Schalteinheiten 1, 2 bewirken, wobei die unterschiedlichen Abschnitte 9 bis 18 der Steuerkulissen 5, 6 in Abhängigkeit von dem Drehwinkel der Nockenwelle 46 (siehe 1) mit den Schaltmitteln 3, 4 in Wirkverbindung kommen.
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Bei den Abschnitten 9 bis 18 handelt es sich um Eintauchabschnitte 9 und 10, Betätigungsabschnitte 11 und 12, Ausschiebeabschnitte 13 und 14, Überwechselabschnitte 15 und 16 und Beruhigungsabschnitte 17 und 18. Bei den Funktionen handelt es sich um ein Eintauchen des Schaltmittels 3, 4 in den Eintauchabschnitt 9, 10 der Steuerkulisse 5 oder 6, ein Ausschieben des Schaltmittels 3, 4 aus einem Ausschiebeabschnitt 13, 14 der Steuerkulisse 5 oder 6, ein Betätigen mindestens einer der Schalteinheiten 1 oder 2, indem die Schalteinheit 1, 2 über das im Betätigungsabschnitt 11, 12 befindliche Schaltmittel 3, 4 verschoben wird, ein Überwechseln des Schaltmittels 3, 4 von einer der Schalteinheiten 1, 2 zu einer anderen Schalteinheit 1, 2 und einem Beruhigen der Schaltbewegung einer der Schalteinheiten 1, 2. Die Schaltmittel 3, 4 kommen in Abhängigkeit von der Rotationsrichtung der Nockenwelle 46 mit den Abschnitten 9 bis 18 in unterschiedlicher Abfolge in Wirkverbindung.
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Die 4a, 4b bis 11a, 11b sowie 12a, 12b bis 19a, 19b zeigen anhand einzelner Zwischenzustände eine Umschaltung von Ventiltrieben, welche durch die Nocken 7, 8, 48, 50 der Nockenwelle 46 (siehe 1) betätigt werden, durch axiale Verlagerung der beiden Schalteinheiten 1, 2, wobei in den 4a, 4b bis 11a, 11b der Schaltvorgang nach rechts und in den 12a, 12b bis 19a, 19b der Schaltvorgang nach links dargestellt ist. Bei dem Schaltvorgang nach links bewegen sich die Schalteinheiten 1, 2 derart, dass die Enden 56, 58 sich relativ zu den Schaltmitteln 3, 4 in Richtung der Nocken 48, 50 in eine Haupterstreckungsrichtung 62 (siehe 16a und b) der Nockenwelle 46 bewegen (siehe 1). Bei einem Schaltvorgang nach rechts bewegen sich die Schalteinheiten 1, 2 in eine dazu entgegengesetzte Haupterstreckungsrichtung 60 (siehe 5a und 5b). Die Schaltvorgänge nach rechts und nach links bestehen jeweils aus zwei Schaltvorgängen, in welchen die einzelnen Schalteinheiten 1, 2 relativ zu den Schaltmitteln 3, 4 in axiale Richtung bewegt werden.
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Im Folgenden wird der Schaltvorgang nach rechts ausgeführt. In einem ersten Schritt gemäß 4a und 4b wird das rechte Schaltmittel 3 durch den Aktor 65 (siehe 1) aufgrund eines von dem Aktor 65 in Form eines Magnetfelds gegebenen Signals in den Eintauchabschnitt 9 der Steuerkulisse 6 eingefahren. In einem zweiten Schritt gemäß 5a und 5b befindet sich das rechte Schaltmittel 3 in dem Betätigungsabschnitt 12 der Steuerkulisse 6 und beginnt die rechte Schalteinheit 2 in die Haupterstreckungsrichtung 60 der Nockenwelle 46 (siehe 1), welche eine axiale Richtung ist, zu verschieben. In einem dritten Schritt gemäß 6a und 6b wird die Verschiebung der rechten Schalteinheit 2 beruhigt, und ist dann abgeschlossen. Nach dem Verschieben der Schalteinheit 2, welche eine Positionsänderung relativ zu den Schaltmitteln 3, 4 ist, betätigt das Schaltmittel 3 die Schalteinheit 1. In einem vierten Schritt gemäß 7a und 7b befindet sich das rechte Schaltmittel 3 kurz vor dem Betätigungsabschnitt 11 der Steuerkulisse 6 der Schalteinheit 1. In einem fünften Schritt gemäß 8a und 8b befindet sich das rechte Schaltmittel 3 in dem Betätigungsabschnitt 11 der Steuerkulisse 6 der linken Schalteinheit 1 und beginnt mit dessen Verschiebung in die Haupterstreckungsrichtung 60. In einem sechsten Schritt gemäß 9a und 9b ist die Verschiebung der linken Schalteinheit 1 abgeschlossen. In einem siebten Schritt gemäß 10a und 10b befindet sich das rechte Schaltmittel 3 in dem Ausschiebeabschnitt 14 der Steuerkulisse 6 der rechten Schalteinheit 2 und wird in die Ausgangsstellung in Richtung einer Hochachse 19 zurückgeschoben, welche in radialer Richtung relativ zu der Nockenwelle 46 (siehe 1) verläuft. In einem achten Schritt gemäß 11a und 11b befindet sich das rechte Schaltmittel 3 wieder in der Ausgangsstellung. Die beiden Schaltvorgänge, in denen die Schalteinheiten 1, 2 nach rechts relativ zu den Schaltmitteln 3, 4 verschoben werden, laufen also, nachdem der Aktor 64 oder der Aktor 65 (siehe 1) das Signal gegeben hat, bei sich drehender Nockenwelle 46 automatisiert, also ohne weitere, von außerhalb der Ausführeinheit 38 kommende Signale ab. Dasselbe gilt für die Schaltvorgänge, in denen die Schalteinheiten 1, 2 nacheinander nach links verschoben werden. Obwohl sich während der ersten Hälfte eines Schaltvorgangs nach links oder nach rechts, in der eine Schalteinheit 1, 2 verschoben wird, eine Winkelgeschwindigkeit, mit der sich die Nockenwelle 46 dreht, ändern kann, findet die zweite Hälfte des Schaltvorgangs, in der die andere Schalteinheit 1, 2 in dieselbe Richtung axial verschoben wird, automatisiert und unabhängig von einer elektronischen Messung der Winkelgeschwindigkeit oder einer anderen elektronischen Auswertung statt.
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Im Folgenden wird der Schaltvorgang nach links beschrieben. In einem ersten Schritt gemäß 12a und 12b wird das linke Schaltmittel 4 durch den Aktor 64 (siehe 1) aufgrund eines von dem Aktor 64 gegebenen Signals in den Eintauchabschnitt 10 der Steuerkulisse 5 eingefahren. In einem zweiten Schritt gemäß 13a und 13b befindet sich das linke Schaltmittel 4 kurz vor dem Beginn des Betätigungsabschnitts 11 der Steuerkulisse 5 in der linken Schalteinheit 1. In einem dritten Schritt gemäß 14a und 14b befindet sich das linke Schaltmittel 4 in dem Betätigungsabschnitt 11 der Steuerkulisse 5 der linken Schalteinheit 1 und beginnt die linke Schalteinheit 1 in die Haupterstreckungsrichtung 62, welche auch eine axiale Richtung ist, zu verschieben. In einem vierten Schritt gemäß 15a und 15b ist die Verschiebung der linken Schalteinheit 1 nach links abgeschlossen. In einem fünften Schritt gemäß 16a und 16b beginnt die Verschiebung der rechten Schalteinheit 2 in die Haupterstreckungsrichtung 62 nach links. Um die Schalteinheiten 1, 2 nach links zu verschieben, muss das Schaltmittel 4 die Schalteinheiten 1, 2 also unabhängig voneinander betätigen. In einem sechsten Schritt gemäß 17a und 17b wird die Verschiebung der rechten Schalteinheit 2 beruhigt, und ist dann abgeschlossen. In einem siebten Schritt gemäß 18a und 18b befindet sich das linke Schaltmittel 4 in dem Ausschiebeabschnitt 13 der Steuerkulisse 5 der linken Schalteinheit 1 und wird in die Ausgangsstellung in Richtung einer Hochachse 20 zurückgeschoben. In einem achten Schritt gemäß 19a und 19b befindet sich das linke Schaltmittel 4 wieder in der Ausgangsstellung. Bei einem Überwechseln des Schaltmittels 4 von einer Schalteinheit 1, 2 zu einer anderen Schalteinheit 1, 2 werden zeitweise beide Schalteinheiten 1, 2 gleichzeitig betätigt. Analoges gilt für den Schaltvorgang nach rechts. Bei allen beschriebenen Schaltvorgängen korrespondieren die Schaltmittel 3, 4 mit den Schalteinheiten 1, 2.
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Aufgrund der Beschaffenheit der Steuerkulissen 5, 6 sind die zwei Schalteinheiten 1, 2 durch die Schaltmittel 3, 4 in einer definierten Schaltsequenz betätigbar. Die Schaltvorgänge nach links und nach rechts sind deshalb in abwechselnder Reihenfolge prinzipiell beliebig oft wiederholbar. Die Schalteinheiten 1, 2 werden dabei durch die Steuerkulissen 5, 6 zu dem Eintauchen, Betätigen, Überwechseln und Beruhigen immer wieder in unterschiedliche Schaltzustände gebracht.
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Bei den Schaltvorgängen nach links bzw. nach rechts werden die Schalteinheiten 1, 2 einzeln und nacheinander in dieselbe Richtung nach links bzw. nach rechts verschoben. Die Schalteinheiten 1, 2 sind in ihrer Bewegung in die Haupterstreckungsrichtung der Nockenwelle 46 (siehe 1) also teilweise entkoppelt.
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Anhand der beschriebenen Schaltvorgänge ist ersichtlich, dass mittels des linken Schaltmittels 4 Schaltvorgänge nach links und mittels des rechten Schaltmittels 3 Schaltvorgänge nach rechts ausgeführt werden. Somit ist jedem Schaltmittel 3, 4 jeweils eine Schaltrichtung zugeordnet.
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Bei der beschriebenen Umschaltung der Ventiltriebe werden die Ventilerhebungskurven von Ventilen, welche aufgrund der Drehung der Nockenwelle 46 in einem Betriebsmodus geöffnet und geschlossen werden, gewechselt. Ferner können durch die Umschaltung Ventile abgeschaltet werden und damit geschlossen bleiben. Mit einem Wechsel der Ventilerhebungskurven kann ein Wechsel der Betriebsarten der Brennkraftmaschine einhergehen.
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In den 20 bis 23 ist ein alternatives Ausführungsbeispiel dargestellt. Im Wesentlichen gleich bleibende Bauteile, Merkmale und Funktionen sind grundsätzlich mit den gleichen Bezugszeichen beziffert. Zur Unterscheidung der Ausführungsbeispiele ist jedoch den Bezugszeichen des alternativen Ausführungsbeispiels in den 20 bis 23 der Buchstabe „a“ hinzugefügt. Die nachfolgende Beschreibung beschränkt sich im Wesentlichen auf die Unterschiede zu dem Ausführungsbeispiel in den 1 bis 19, wobei bezüglich gleich bleibender Bauteile, Merkmale und Funktionen auf die Beschreibung des Ausführungsbeispiels in den 1 bis 19 verwiesen werden kann.
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20 zeigt einen Schnitt durch ein alternatives Ausführungsbeispiel einer Brennkraftmaschinenventiltriebumschaltvorrichtung mit einer Umschalteinheit 36a. Die Umschalteinheit 36a umfasst eine Ausführeinheit 38a und eine Nockenwelle 80. Die Ausführeinheit 38a umfasst drei Zylinderventilebetätigungseinheiten 82, 84, 86, welche alle zusammen entweder die Auslass- und/oder die Einlassventile einer Zylinderbank mit mehreren Zylindern betätigen. Die Ausführeinheit 38a weist nur mechanische Bauelemente auf und ist deshalb als mechanische Einheit 40a ausgebildet. Da die Zylinderventilebetätigungseinheiten 82, 84, 86 baugleich sind, wird im Folgenden nur eine beschrieben: Die Zylinderventilebetätigungseinheit 82 umfasst ein Nockensegment 88, welches ein Wellenteil der Nockenwelle 80 in Umfangsrichtung umschließt bzw. welches hülsenförmig ausgebildet ist und axial in Richtung der Haupterstreckungsrichtung der Nockenwelle 80 verschiebbar auf dem Wellenteil der Nockenwelle 80 gelagert ist. Das Nockensegment 88 ist mit Hilfe von Koppelbolzen 90, 92 mit einem Schaltstück 94 verbunden. Das Schaltstück 94 ist zwischen zwei Enden von Schraubenfedern 96, 98 eingespannt. Die Schraubenfedern 96, 98 sind mit Energiespeicherelementen 146, 148 identisch. Die Auslenkrichtung der Schraubenfedern 96, 98 ist mit der Haupterstreckungsrichtung der Nockenwelle 80 identisch. Die von dem Schaltstück 94 abgewandten Enden der Schraubenfedern 96, 98 wirken auf Federteller 100, 102, welche fest mit einem Schaltmittel 74 verbunden sind. Das Schaltmittel 74 ist als Schubstange ausgebildet. Seine Haupterstreckungsrichtung ist identisch mit der Haupterstreckungsrichtung der Nockenwelle 80. Das Schaltmittel 74 besitzt Rotationssymmetrie, wobei die Richtung der Symmetrieachse mit seiner Haupterstreckungsrichtung identisch ist. Die Symmetrieachse stimmt mit der Drehachse der Nockenwelle 80 überein. Die Nockenwelle 80 ist als Hohlwelle ausgebildet. Das Schaltmittel 74 verläuft im Innern der Nockenwelle 80. Die Schraubenfedern 96, 98 und das Schaltstück 94 befinden sich ebenfalls im Innern der Nockenwelle 80. Die Koppelbolzen 90, 92 verlaufen in Bezug auf die Nockenwelle 80 in radiale Richtung. Das Nockensegment 88 weist Nocken 108, 110, 112, 114, 116, 118 auf. Die Nocken 108 bis 112 sind einem ersten Ventil 126 und die Nocken 114 bis 118 sind einem zweiten Ventil 128 zugeordnet. Die beiden Ventile 126, 128 sind demselben Zylinder zugeordnet. Auf dem Nockensegment 88 sind Schaltelemente 120, 122 angeordnet, welche sich relativ zu der Nockenwelle 80 in Umgangsrichtung über einen Nockenwellendrehwinkelbereich erstrecken, welcher kleiner als 360 Grad ist. Die Schaltelemente 120, 122 werden bei verschiedenem Nockenwellendrehwinkel von einem Schaltelement 124 berührt, welches sich relativ zu den Zylinder abschließenden Stellungen der Ventile 126, 128 in Ruhe befindet. Die Schaltelemente 120, 122, 124 bilden zusammen mit den Koppelbolzen 90, 92, dem Schaltstück 94, den Federtellern 100, 102 und den Schraubenfedern 96, 98 eine Schalteinheit 130.
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An einem Ende des Schaltmittels 74 ist eine Gewindespindel 76 durch Formschluss befestigt. An dem gegenüberliegenden Ende des Schaltmittels 74 befindet sich zwischen dem Schaltmittel 74 und der Nockenwelle 80 eine Schaltmittelrückstellfeder 144, welche durch eine Bewegung des Schaltmittels 74 in die Haupterstreckungsrichtung des Schaltmittels 74 komprimiert werden kann.
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21 zeigt einen Teil der Schalteinheit 130 zusammen mit einem Teil des Schaltmittels 74. An dem Schaltstück 94 sind die beiden Koppelbolzen 90, 92 in entgegengesetzter Richtung befestigt. Die beiden Schraubenfedern 96, 98 sind in der Haupterstreckungsrichtung des Schaltmittels 74 mit Hilfe der Federteller 100, 102 gegeneinander vorgespannt. Zwischen den Schraubenfedern 96, 98 befindet sich das Schaltstück 94. Das Schaltstück 94 kann mittels einer Kompression der Schraubenfeder 96 oder 98 in die Haupterstreckungsrichtung des Schaltmittels 74 relativ zu dem Schaltmittel 74 bewegt werden.
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22 zeigt den Wellenteil der Nockenwelle 80, welcher in montiertem Zustand von dem Nockensegment 88 umschlossen wird. Eine Kontaktfläche 132, an welcher das Nockensegment 88 (siehe 20) das Wellenteil berühren kann, besitzt eine Längsverzahnung. Diese erlaubt dem Nockensegment 88, welches auf einer im montierten Zustand dem Wellenteil zugewandten Fläche eine korrespondierende Längsverzahnung besitzt, eine Bewegung relativ zu dem Wellenteil in axiale Richtung und verhindert eine Relativbewegung in Umfangsrichtung. Der Koppelbolzen 90 ragt durch eine Ausnehmung 104, welche dem Koppelbolzen 90 eine Bewegung in axiale Richtung erlaubt. Eine analoge Ausnehmung 106 (siehe 20) existiert für den Koppelbolzen 92.
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23 zeigt einen Magnetstator 136 und einen Teil der Ausführeinheit 38a mit der Gewindespindel 76 in einer Explosionsdarstellung. Im Folgenden wird der Aufbau dieses Teils der Ausführeinheit 38a in montiertem Zustand beschrieben. Die Gewindespindel 76 ist in eine Gewindemutter 140, welche von einem Ende der Nockenwelle 80 gebildet wird, geschraubt und ist durch einen Formschluss mit dem Schaltmittel 74 derart verbunden, dass die Gewindespindel 76 relativ zu dem Schaltmittel 74 in die Haupterstreckungsrichtung des Schaltmittels 74 unbeweglich ist. An der der Gewindespindel 76 zugewandten Seite weist das Schaltmittel 74 ein Axiallager 142 auf, welches die Gewindespindel 76 und das Schaltmittel 74 zueinander um die Drehachse der Nockenwelle 80 drehbar lagert. Die Gewindespindel 76 weist einen quaderförmigen Teil auf, welcher einen Anker 78 in die Haupterstreckungsrichtung des Schaltmittels 74 beweglich lagert. In der Umfangsrichtung der Nockenwelle 80 sind die Gewindespindel 76 und der Anker 78 relativ zueinander unbeweglich. Die Gewindespindel 76 ist mittels des Axiallagers 142 mit dem Schaltmittel 74 verbunden. Eine Bewegung des Wellenteils der Nockenwelle 80 und der Gewindespindel 76 in Umfangsrichtung relativ zu dem ruhenden Magnetstator 136 wird hiermit von dem Schaltmittel 74 abgekoppelt. Eine Drehung des Ankers 78 in Umfangsrichtung der Nockenwelle 80 ist mittels eines Axiallagers 138 von einer Ankerrückstellfeder 134 abgekoppelt. Die Ankerrückstellfeder 134 drückt den Anker 78 in Richtung der Gewindemutter 140 weg von dem Magnetstator 136. Der Magnetstator 136 weist eine Spule auf, durch welche der Anker 78 angezogen werden kann.
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Ein Umschaltvorgang des alternativen Ausführungsbeispiels einer Brennkraftmaschinenventiltriebumschaltvorrichtung kann nun folgendermaßen stattfinden. Der Magnetstator 136 gibt ein Signal an die Ausführeinheit 38a, indem er mit Hilfe der Spule den Anker 78 anzieht, so dass der Anker 78 an dem Magnetstator 136 anliegt und sich relativ zu dem Magnetstator 136 in Ruhe befindet. Hierdurch werden Drehungen der Gewindespindel 76 um die Symmetrieachse des Schaltmittels 74 relativ zu dem Magnetstator 136 verhindert. Da die Gewindemutter 140 die Drehungen des Wellenteils der Nockenwelle 80 ausführt, dreht sich die Gewindemutter 140 relativ zu der Gewindespindel 76. Aufgrund des Gewindes findet deshalb eine axiale Verschiebung der Gewindespindel 76 und des Schaltmittels 74 in die Haupterstreckungsrichtung des Schaltmittels 74 von dem Magnetstator 136 weg relativ zu dem Wellenteil der Nockenwelle 80 statt, wodurch die Schaltmittelrückstellfeder 144 komprimiert wird. Ferner wird hierdurch die Schraubenfeder 96 komprimiert, wodurch die Koppelbolzen 90, 92 Kräfte in die Haupterstreckungsrichtung des Schaltmittels 74 von dem Magnetstator 136 weg auf das Nockensegment 88 ausüben. Diese Kräfte werden zunächst von einer Kraft, welche das Schaltelement 124 auf das Schaltelement 122 mittels Berührung ausübt, kompensiert.
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Falls nun aufgrund der Nockenwellendrehung das Schaltelement 124 aufhört, das Schaltelement 122 zu berühren, verschieben diese Kräfte das Nockensegment 88 in die Haupterstreckungsrichtung des Schaltmittels 74 von dem Magnetstator 136 weg, bis das Schaltelement 124 das Schaltelement 120 berührt. Aufgrund der axialen Verschiebung des Nockensegments 88 werden die Nocken 112 und 118, welche in der Ausgangsstellung für einen Vollhub der Ventile 126, 128 verantwortlich waren, deaktiviert und die Nocken 110, 116 aktiviert, welche einen Teilhub bewirken. Hierbei bleibt die Schraubenfeder 96 im Vergleich zur Ausgangsstellung komprimiert, so dass weiter Kräfte auf das Nockensegment 88 in die Haupterstreckungsrichtung des Schaltmittels 74 von dem Magnetstator 136 weg wirken. Diese Kräfte werden aufgrund der Berührung der Schaltelemente 124, 120 kompensiert. Hört nun das Schaltelement 124 aufgrund der Nockenwellendrehung auf, das Schaltelement 120 zu berühren, so erzielen die durch die Schraubenfeder 96 auf das Nockensegment 88 bewirkten Kräfte eine weiter axiale Verschiebung des Nockensegments 88 in die Haupterstreckungsrichtung des Schaltmittels 74 von dem Magnetstator 136 weg. Damit werden die Nocken 110, 116 deaktiviert und die Nocken 108, 114 aktiviert, was ein Umschalten der Ventile 126, 128 von Teilhub auf Nullhub bewirkt. Die Schaltelemente 120, 122, 124 bilden somit eine geometrische Kodierung für zwei Schaltvorgänge. Falls der Anker 78 weder an dem Magnetstator 136 noch an der Nockenwelle 80 anliegt, kann die komprimierte Schaltmittelrückstellfeder 144 das Schaltmittel 74 relativ zu dem Wellenteil der Nockenwelle 80 in die Haupterstreckungsrichtung des Schaltmittels 74 auf den Magnetstator 136 zu bewegen. Hierdurch werden die Ventilerhebungskurven der Ventile 126, 128 von Nullhub auf Vollhub umgestellt. Auf analoge Weise werden auch die anderen Zylinderventilebetätigungseinheiten 84, 86 umgeschaltet.
