DE102012012064A1

DE102012012064A1 - Führungsnutanordnung an einer Welle sowie Verfahren zum axialen Verschieben einer Welle mit einer Führungsnutanordnung

Info

Publication number: DE102012012064A1
Application number: DE102012012064A
Authority: DE
Inventors: Max Nestoriuc
Original assignee: AVL Deutschland GmbH
Current assignee: AVL Deutschland GmbH
Priority date: 2012-06-15
Filing date: 2012-06-15
Publication date: 2013-12-19
Also published as: WO2013186296A1

Abstract

Führungsnutanordnung (1) an einer Welle, insbesondere an einem Schiebenocken einer Nockenwelleneinrichtung, wobei die Führungsnutanordnung (1) zwei einander kreuzende, an der Welle angeordnete, Führungsnuten (20, 30) aufweist.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Führungsnutanordnung an einer Welle, insbesondere an einem Schiebenocken einer Nockenwelleneinrichtung, sowie eine Axialverschiebevorrichtung und einen Verbrennungsmotor mit einer solchen Führungsnutanordnung. Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zum axialen Verschieben einer Welle mit einer Führungsnutanordnung.
Wellen, insbesondere Hohlwellen, welche in ihrer Einbauumgebung, insbesondere auf einer zentralen Welle einer Hohlwelle, axial verschiebbar gestaltet sind, sind bekannt. In bestimmten Anwendungen werden solche Wellen zwischen einer ersten und wenigstens einer zweiten axialen Position der Welle verfahren.
Solche Wellen werden insbesondere in Nockenwelleneinrichtungen mit Schiebenocken in Kraftfahrzeugen verwendet, wobei ein als Hohlwelle ausgebildeter Schiebenocken axial verschiebbar auf einer Zentralwelle gelagert ist. In wenigstens zwei unterschiedlichen axialen Positionen des Schiebenockens werden die zugehörigen Ventile eines Verbrennungsmotors bei Rotation der Nockenwelleneinrichtung mittels unterschiedlicher Nockenbahnen unterschiedlich angehoben.
Aus der DE 103 49 898 A1 ist ein Nockenstück mit zwei räumlich beabstandeten Kurvenbahnen bekannt, wobei mittels der einen der Kurvenbahnen das Nockenstück in eine Richtung entlang einer Längsachse des Nockenstücks axial verschoben werden kann und mittels der zweiten der Kurvenbahnen in eine entgegengesetzte Richtung.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist nun, eine verbesserte Führungsnutanordnung an einer Welle sowie ein verbessertes Verfahren zum axialen Verschieben einer Welle mit einer Führungsnutanordnung zur Verfügung zu stellen, welche insbesondere eine Reduzierung des benötigten Bauraums der Welle verringern.
Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Führungsnutanordnung an einer Welle mit den Merkmalen des Anspruchs 1 beziehungsweise durch ein Verfahren zum axialen Verschieben einer Welle mit einer Führungsnutanordnung mit den Merkmalen des Anspruchs 9. Die abhängigen Ansprüche beschreiben vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung.
Obwohl die Erfindung nachfolgend im Kontext einer Nockenwelleneinrichtung in einem Verbrennungsmotor eines Kraftfahrzeuges beschrieben wird, bleibt sie nicht auf diese Anwendung beschränkt. Vielmehr ist die Erfindung anwendbar auf alle Anwendungen, in welchen eine Welle, insbesondere auch eine Hohlwelle, axial entlang ihrer Längsachse verschoben wird.
Gemäß einem Aspekt der Erfindung weist eine Führungsnutanordnung an einer Welle, insbesondere an einem Schiebenocken einer Nockenwelleneinrichtung, wenigstens zwei, insbesondere genau zwei, einander kreuzende, an der Welle angeordnete, Führungsnuten auf.
Dadurch kann vorteilhafterweise in Bezug auf die Längsachse der Welle der für eine in beiden axialen Richtungen verwendbare Führungsnutanordnung benötigte Bauraum reduziert, insbesondere im Wesentlichen halbiert, werden.
Unter einer Welle ist vorliegend insbesondere eine Hohlwelle, welche vorzugsweise mittels einer Geradverzahnung an einer Zentralwelle axial verschiebbar gelagert ist, oder eine massiv ausgeführte Welle, zu verstehen. Wenn die Welle als auf einer Zentralwelle Hohlwelle ausgeführt ist, entspricht vorzugsweise die Längsachse der Hohlwelle der Längsachse der Zentralwelle.
Eine Führungsnutanordnung ist vorliegend eine auf der Welle, insbesondere Hohlwelle, angeordnete Anordnung von wenigstens zwei Führungsnuten, welche einander, insbesondere in Umfangsrichtung der Welle, kreuzen. Vorzugsweise weisen die zwei Führungsnuten eine einander im Wesentlichen entsprechende axiale Erstreckung auf.
Vorliegend ist insbesondere eine Führungsnutanordnung vorgesehen, deren Führungsnuten, vorzugsweise in ihrem Kreuzungsumfangsabschnitt, einen einander entsprechenden radialen Abstand haben, wobei dieser radiale Abstand der minimale radiale Abstand wenigstens einer der Führungsnuten sein kann, jedoch nicht zwingend ist.
Der Begriff radial bezieht sich vorliegend, soweit nicht anders gekennzeichnet, auf eine, insbesondere durch den Mittelpunkt eines Querschnitts, verlaufende Längsachse der erfindungsgemäßen Welle, insbesondere Hohlwelle, oder, soweit eine Zentralwelle eine identische Längsachse aufweist, auf die gemeinsame Längsachse der Welle und der Zentralwelle. Der Begriff axial bezieht sich auf Richtungen welche entlang dieser Längsachsen verlaufen.
Insbesondere, um eine Sensierung der Richtung der axialen Verschiebung der Welle mittels der Führungsnutanordnung zu erleichtern, weisen die Führungsnuten bezogen auf eine radialen Entfernung von der Längsachse der Welle einen unterschiedlichen Verlauf in Umfangsrichtung auf.
Eine Führungsnut weist vorliegend einen radial äußeren Bereich auf, vorzugsweise mit einem für alle Führungsnuten identischen, radialen Abstand zur Längsachse der Welle. Eine Führungsnut weist einen Einfahrumfangsabschnitt auf, welcher insbesondere einen Umfangsabschnitt mit einem negativen Gradienten des Radius der radial inneren Begrenzungsfläche der jeweiligen Führungsnut darstellt. Dieser Gradient kann innerhalb des Einfahrumfangsabschnitts einer Führungsnut veränderlich gestaltet sein. Zusätzlich oder alternativ können die Einfahrumfangsabschnitte verschiedener Führungsnuten unterschiedliche und/oder veränderliche Gradienten aufweisen. Eine Führungsnut weist ferner einen Ausfahrumfangsabschnitt auf, welcher insbesondere einen Umfangsabschnitt mit einem positiven Gradienten des Radius der radial inneren Begrenzungsfläche der jeweiligen Führungsnut darstellt. Dieser Gradient kann innerhalb des Ausfahrumfangsabschnitts einer Führungsnut veränderlich gestaltet sein. Zusätzlich oder alternativ können die Ausfahrumfangsabschnitte verschiedener Führungsnuten unterschiedliche und/oder veränderliche Gradienten aufweisen.
Insbesondere, um eine Sensierung der Richtung der axialen Verschiebung der Welle mittels der Führungsnutanordnung weiter zu verbessern, weist wenigstens eine der Führungsnuten in einem Umfangsabschnitt der Welle wenigstens einen, insbesondere einen oder zwei, Führungsnutstege und/oder eine, insbesondere eine oder zwei, Führungsnut-Seitennuten auf.
Ein Führungsnutsteg ist vorliegend ein in eine Führungsnut hineinragender wenigstens teilweise entlang dem radialen Verlauf in Umfangsrichtung verlaufender Steg, welcher vorzugsweise wenigstens in einem Bereich seiner Erstreckung in Umfangsrichtung in Bezug auf die Längsachse der Welle einen radialen Abstandsgradienten aufweist, welcher vorzugsweise nicht dem radialen Abstandsgradienten der radial inneren Begrenzungsfläche an der entsprechenden Stelle im Umfang der Welle entspricht. Alternativ können sich diese radialen Abstandsgradienten im Sinne der Erfindung jedoch auch entsprechen.
Eine Führungsnut-Seitennut ist vorliegend eine aus einer Seitenwand einer Führungsnut ausgenommene, wenigstens teilweise entlang dem radialen Verlauf in Umfangsrichtung verlaufende Nut, welche vorzugsweise wenigstens in einem Bereich ihrer Erstreckung in Umfangsrichtung in Bezug auf die Längsachse der Welle einen radialen Abstandsgradienten aufweist, welcher vorzugsweise nicht dem radialen Abstandsgradienten der radial inneren Begrenzungsfläche an der entsprechenden Stelle im Umfang der Welle entspricht. Alternativ können sich diese radialen Abstandsgradienten im Sinne der Erfindung jedoch auch entsprechen.
Zusätzlich oder alternativ weist wenigstens eine der Führungsnuten in einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung zwei voneinander durch einen radial gleichbleibenden Umfangsabschnitt beabstandete Umfangsabschnitte auf, welche über ihren Verlauf beide einen positiven radialen Abstandsgradienten aufweisen. Dadurch kann vorteilhafterweise eine Sensierung der Richtung der axialen Verschiebung der Welle mittels der Führungsnutanordnung weiter verbessert werden.
Vorliegend ist ein radialer Abstandsgradient die Veränderung des Radius über den Umfang der Welle, insbesondere die radiale Steigung einer radial inneren Begrenzungsfläche einer Führungsnut in Umfangsrichtung der Welle.
Ein Kreuzungsumfangsabschnitt ist vorliegend insbesondere ein Umfangsabschnitt der Welle, in welchem sich wenigstens zwei, insbesondere genau zwei, Führungsnuten kreuzen.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung weist eine Axialverschiebevorrichtung mit wenigstens einer erfindungsgemäßen Führungsnutanordnung zusätzlich eine Aktuatoreinrichtung mit einem radial in Bezug auf die Längsachse der Welle verfahrbaren Aktuatorpin auf. Dabei sind wenigstens zwei der Führungsnuten der Führungsnutanordnung für eine axiale Zwangsführung an diesem Aktuatorpin, insbesondere in entgegengesetzte Richtungen entlang der Längsachse der Welle und für eine radiale Zwangsführung des Aktuatorpins bezogen auf die Längsachse der Welle, insbesondere von dieser Achse weg und/oder in beide radiale Richtungen, eingerichtet.
Dadurch kann insbesondere eine vorteilhafte Reduzierung des benötigten axialen Bauraums der Welle und/oder eine genaue axiale Positionierung der Welle erreicht werden.
Mittels dieser Aktuatoreinrichtung kann insbesondere der Aktuatorpin, vorzugsweise durch Beaufschlagung einer erregbaren Magnetspule mit elektrischem Strom, radial in Richtung der Längsachse der Welle verfahren werden.
Unter einem radial verfahrbaren Aktuatorpin ist im Sinne der Erfindung insbesondere ein Pin, vorzugsweise mit einem magnetischen Material, zu verstehen, welcher geeignet ist, in Bezug auf die Längsachse der Welle radial nach innen verfahren zu werden und/oder in einer der Führungsnuten radial und/oder axial zwangsgeführt zu werden.
Insbesondere, um eine Sensierung der Richtung der axialen Verschiebung der Welle zu erleichtern, weist der Aktuatorpin der Axialverschiebevorrichtung in einer bevorzugten Weiterbildung wenigstens eine Aktuatorpinnut auf, wobei wenigstens ein Führungsnutsteg wenigstens einer der Führungsnuten für eine radiale Zwangsführung des Aktuatorpins an dieser Aktuatorpinnut eingerichtet ist und/oder wenigstens eine Führungsnut-Seitennut wenigstens einer der Führungsnuten für eine radiale Zwangsführung des Aktuatorpins an diesem Aktuatorpinsteg eingerichtet ist.
Ein Aktuatorpinsteg ist vorliegend eine Ausbuchtung an einem Aktuatorpin, wobei diese Ausbuchtung zur Aufnahme in einer Führungsnut-Seitennut ausgebildet ist. Insbesondere ist ein ringförmiger Aktuatorpinsteg an der Mantelfläche eines zylinderförmigen Aktuatorpins integral angeordnet.
Eine Aktuatorpinnut ist vorliegend eine Ausnehmung an einem Aktuatorpin, wobei diese Ausnehmung zur Aufnahme eines Führungsnutstegs ausgebildet ist. Insbesondere ist eine ringförmige Aktuatorpinnut aus der Mantelfläche eines zylinderförmigen Aktuatorpins ausgenommen.
In einer bevorzugten Weiterbildung weist die Axialverschiebevorrichtung zusätzlich eine Sensoreinrichtung mit einem Sensor und einer Datenverarbeitungseinrichtung auf, wobei wenigstens einer dieser Sensoren eingerichtet ist, Werte eines Parameters zu erfassen, welcher eine Aussage über eine radiale Position in Bezug auf die Längsachse der Welle und/oder eine Änderung dieser radialen Position des Aktuatorpins ermöglicht, insbesondere Änderungen von Parametern eines elektromagnetischen Feldes. Mittels, insbesondere einer Spule, der Aktuatoreinrichtung kann eine Änderung der radialen Position des Aktuatorpins weg von der Längsachse der Welle, welche eine Änderung eines in der Spule induzierten Stroms verursacht, mittels der Sensoreinrichtung erfasst werden. In einer anderen Ausführungsform ist auch eine Erfassung des magnetischen Flusses und/oder seiner Änderungen vorgesehen.
Dadurch können insbesondere vorteilhafterweise unterschiedliche radiale Rückverfahrverläufe des Aktuatorpins in unterschiedlichen Führungsnuten, welche eine unterschiedliche axiale Verschiebung nach sich ziehen, unterschieden werden. Dadurch kann die axiale Position der Welle nach einer axialen Verschiebung mittels der Axialverschiebeeinrichtung bestimmt werden.
Insbesondere, um eine axial kürzere Nockenwelle mit verstellbarem Ventiltrieb zu ermöglichen, ist gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung bei einem Verbrennungsmotor, insbesondere für ein Kraftfahrzeug, mit wenigstens einer Axialverschiebevorrichtung die Führungsnutanordnung an einem Schiebenocken einer Nockenwelleneinrichtung des Verbrennungsmotors angeordnet, wobei dieser Schiebenocken drehbar um seine Längsachse und axial verschiebbar gegenüber einer Zentralwelle dieser Nockenwelleneinrichtung gelagert ist.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung weist ein Verfahren zum axialen Verschieben einer Welle mit einer Führungsnutanordnung mit, insbesondere zwei, sich kreuzenden Führungsnuten, insbesondere eines Schiebenockens gegenüber einer Zentralwelle einer Nockenwelleneinrichtung, mittels eines Aktuatorpins, folgende Schritte auf:

– Verfahren des Aktuatorpins aus einer radial äußeren Position in eine radial innere, an der Welle, insbesondere einer radial inneren Begrenzungsfläche einer der Führungsnuten, anliegende, Position, und
– Rotation der Welle um ihre Längsachse zum axialen Verschieben der Welle durch axiale Zwangsführung des Aktuatorpins an einer der sich kreuzenden Führungsnuten.

Dadurch kann vorteilhafterweise eine genaues axiales Verschieben einer axial Bauraum einsparenden Welle erreicht werden.
In einer bevorzugten Weiterbildung weist das Verfahren zusätzlich folgende Schritte auf:

– Erfassen einer radialen Position und/oder des radialen Verfahrverlaufs des Aktuatorpins bei Rotation der Welle um ihre Längsachse, und
– Auswerten der erfassten Werte zur Zuordnung des Aktuatorpins zu einer der Führungsnuten.

Dadurch können insbesondere vorteilhafterweise unterschiedliche radiale Rückverfahrverläufe des Aktuatorpins in unterschiedlichen Führungsnuten, welche eine unterschiedliche axiale Verschiebung nach sich ziehen, unterschieden werden.
In einer bevorzugten Weiterbildung weist das Verfahren zusätzlich den Schritt

– Ableiten der axialen Position der Welle auf Basis einer erfolgten Zuordnung des Aktuatorpins zu einer Führungsnut auf. Alternativ weist das Verfahren den Schritt
– Feststellen einer undefinierten axialen Position der Welle auf Basis einer nicht erfolgten Zuordnung des Aktuatorpins zu einer Führungsnut auf.

Dadurch kann insbesondere vorteilhafterweise die axiale Position der Welle nach einer axialen Verschiebung bestimmt werden. Auch können vorteilhafterweise fehlerhafte Ausführungen eines axialen Verschiebens, welche nicht in einer Positionierung der Welle in einer festgelegten axialen Position resultierten, erkannt werden und vorzugsweise Maßnahmen zum Schutz des Verbrennungsmotors, besonders bevorzugt Abschaltung des Motors oder einzelner Zylinder, eingeleitet werden.
In einer bevorzugten Weiterbildung wird in dem Verfahren ein die Führungsnuten unterscheidender radialer Verfahrverlauf einer Zwangsführung des Aktuatorpins verwendet, um eine Aussage darüber zu erhalten, in welcher der Führungsnuten der Akuatorpin verfährt.
In einer bevorzugten Weiterbildung wird in dem Verfahren der Aktuatorpin bei radialer Bewegung von der Welle weg wenigstens ein Parameter eines elektromagnetischen Feldes der Axialverschiebevorrichtung verändert, wobei Werte und/oder Änderungen von Werten wenigstens eines dieser Parameter, insbesondere mittels eines Sensors der Sensoreinrichtung, erfasst und zur Ableitung der radialen Position und/oder des radialen Verfahrverlaufs des Aktuatorpins, insbesondere mittels einer Datenverarbeitungseinrichtung, verwendet.
Erfindungsgemäß können auch mehrere der oben beschriebenen Weiterbildungen der Erfindung – soweit dies technisch möglich ist – beliebig miteinander kombiniert werden.
Beispielhafte Ausführungen der Erfindung ergeben sich aus den nachfolgenden Beschreibungen in Zusammenhang mit den Figuren, welche im Einzelnen zeigen:
1: eine beispielhafte erfindungsgemäße Führungsnutanordnung auf dem Umfang eines Schiebenockens einer Nockenwelleneinrichtung in einer abgerollten Ansicht;
2a: die Führungsnutanordnung gemäß 1 in einer Schnittansicht im Schnittverlauf A-A;
2b: die Führungsnutanordnung gemäß 1 in einer Schnittansicht im Schnittverlauf B-B;
3: den radialen Abstandsverlauf der Bezugspunkte des Aktuatorpins in der ersten Führungsnut in Umfangsrichtung des Schiebenockens; und
4: eine erfindungsgemäße Axialverschiebevorrichtung in einer Schnittansicht.
1 zeigt eine beispielhafte erfindungsgemäße Führungsnutanordnung 1 am Umfang eines Schiebenockens 10 einer Nockenwelleneinrichtung in einer abgerollten Ansicht. Die Führungsnutanordnung 1 ist am Umfang des Schiebenockens 10 in einem vorbestimmten axialen Bereich 12 des Schiebenockens 10 angeordnet und weist eine erste Führungsnut 20 und eine flachere Führungsnut 30 auf, wobei sich diese Führungsnuten 20 in einem Kreuzungsumfangsabschnitt 50 kreuzen.
Die Führungsnutanordnung 1 weist einen radial äußeren Umfangsabschnitt 54 mit einem gleichbleibenden, maximalen radialen Abstand R_max (siehe 2) von der Längsachse des Schiebenockens 10 auf. Von diesem radial äußeren Umfangsabschnitt 54 erstrecken sich beide Führungsnuten 20 und 30, wobei die Führungsnuten in einem Einfahrumfangsabschnitt 51 zunehmend tiefer aus der Welle ausgenommen ausgebildet sind. Im Kreuzungsumfangsabschnitt 50 überschneiden sich die Führungsnuten 20 und 30, wobei die beiden Führungsnuten 20 und 30 in diesem Umfangsabschnitt durchgängig mit einer Tiefe ihrer radial inneren Begrenzungsfläche 23 und 33 von ca. 5 mm gegenüber dem umgebenden axialen Abschnitt des Schiebenockens 10 ausgebildet ist. Diese Tiefe entspricht dem minimalen radialen Abstand R_min (siehe 2) von der Längsachse des Schiebenockens 10.
In diesem Kreuzungsumfangsabschnitt 50 ist die erste Führungsnut 20 derart eingerichtet, dass der Aktuatorpin 40' bei einer Rotation des Schiebenockens 10 und bei Positionierung des Aktuatorpins 40' an der radial inneren Begrenzungsfläche 23 den Schiebenocken mittels seinem ersten biegungsäußeren Nutabschnitt 21 und seinem zweiten biegungsäußeren Nutabschnitt 22 axial in eine vorgegebene, erste axiale Position zwangsführt.
In diesem Kreuzungsumfangsabschnitt 50 ist die erste Führungsnut 30 derart eingerichtet, dass der Aktuatorpin 40'' bei einer Rotation des Schiebenockens 10 und bei Positionierung des Aktuatorpins 40'' an der radial inneren Begrenzungsfläche 34 den Schiebenocken mittels seinem ersten biegungsäußeren Nutabschnitt 31 und seinem zweiten biegungsäußeren Nutabschnitt 23 axial in eine vorgegebene, zweite axiale Position zwangsführt.
In diesem Ausführungsbeispiel weist die erste Führungsnut 20 einen radialen Zwangsführungsumfangsabschnitt 52 auf, in welchem der Aktuatorpin 40 nach Durchquerung des Kreuzungsumfangsabschnitts 50 an seiner Aktuatorpinnut 41 mittels dem ersten und dem zweiten Führungsnutsteg 24 und 25 radial zwangsgeführt wird. Der Verlauf der radialen Zwangsführung ist insbesondere 2a zu entnehmen. In weiteren beispielhaften Ausprägungen der Erfindung weisen die zweite Führungsnut 30 oder beide Führungsnuten 20 und 30 eine derartige radiale Zwangsführung, insbesondere mit einem anderen oder unterschiedlichen radialen Verfahrverlauf, auf.
In Umfangsrichtung vor dem Kreuzungsumfangsabschnitt 50 sind die Führungsnuten in dieser beispielhaften Ausführung durch die Trennwand 11.1 getrennt, nach dem Kreuzungsumfangsabschnitt 50 durch die Trennwand 11.2.
Die Führungsnutanordnung 1 weist zusätzlich einen Ausfahrumfangsabschnitt 53 auf, in welchem beide Führungsnuten 20 und 30 einen in Umfangsrichtung wachsenden radialen Abstand von der Längsachse des Schiebenockens 10 aufweisen, bis der Ausfahrumfangsabschnitt 53 in den radial äußeren Umfangsabschnitt 54 übergeht.
Der Aktuatorpin 40' verfährt durch die Führungsnutanordnung 1 axial und in Umfangsrichtung entlang der durch den Bezugspunkt 42' verlaufenden, gestrichelten Linie in Richtung der Pfeillinien. Der Aktuatorpin 40'' verfährt durch die Führungsnutanordnung 1 axial und in Umfangsrichtung entlang der durch den Bezugspunkt 42'' verlaufenden, gestrichelten Linie in Richtung der Pfeillinien.
2a zeigt die Führungsnutanordnung 1 gemäß 1 in einer Schnittansicht im Schnittverlauf A-A. Der Aktuatorpin 40'' verfährt relativ zur rotierenden ersten Führungsnut 20 radial und in Umfangsrichtung entlang der durch den Bezugspunkt 42'' verlaufenden, gestrichelten Linie in Richtung der Pfeillinien. Im radialen Zwangsführungsumfangsbereich 52 greifen der erste Führungsnutsteg 24 und der (hier nicht dargestellte) zweite Führungsnutsteg in die Aktuatorpinnut 41'', wobei bei weiterer Rotation des Schiebenockens der Aktuatorpin 40'' zuerst angehoben und anschließend wieder auf die radial innere Begrenzungsfläche 23 der ersten Führungsnut 20 abgesenkt wird.
Diese radiale Bewegung verursacht in der nicht dargestellten Aktuatoreinrichtung eine Änderung einer Feldgröße eines elektromagnetischen Feldes, insbesondere eine magnetische Flussänderung, welche einen elektrischen Strom induziert, der mittels eines Sensors der Sensoreinrichtung erfasst werden kann. Insbesondere dadurch, aber auch durch die unterschiedliche Tiefe der beiden Führungsnuten, offenbaren unterschiedliche – über die Rotation des Schiebenockens betrachtete – Induktionsstromprofile der beiden Führungsnuten, durch welche der Führungsnuten der Aktuatorpin verfahren ist, und damit auch, in welcher axialen Position sich der Schiebnocken dann befindet.
2b zeigt die Führungsnutanordnung gemäß 1 in einer Schnittansicht im Schnittverlauf B-B. Der Aktuatorpin 40' verfährt relativ zur rotierenden zweiten Führungsnut 30 radial und in Umfangsrichtung entlang der durch den Bezugspunkt 42' verlaufenden, gestrichelten Linie in Richtung der Pfeillinien.
3 zeigt den Verlauf 62 des radialen Abstands R des Bezugspunktes 42'' des Aktuatorpins 40'' in der ersten Führungsnut 20, jeweils in Umfangsrichtung des Schiebenockens 10 für genau eine Umdrehung beginnend mit einer im radial äußeren Bereich 54 festgelegten Stelle. Die radiale Zwangsführung mittels der Führungsnutstege 24 und 25 ist dem Diagramm im Bereich des radialen Zwangsführungsumfangsabschnitts 52 zu entnehmen.
4 zeigt eine erfindungsgemäße Axialverschiebevorrichtung 2 in einer Schnittansicht. Hierbei ist der Umfang des Schiebenockens 10 im Gegensatz zu den 1 und 2 nicht abgerollt dargestellt. Der Schiebenocken 10 mit der Führungsnutanordnung 1 rotiert in dieser Darstellung entgegen dem Uhrzeigersinn.
Der Aktuatorpin 40 ist mittels der Aktuatorspule 71 der Aktuatoreinrichtung 70 radial nach innen (in Bezug auf die Längsachse des Schiebenockens 10) auf die radial innere Begrenzungsfläche 23 der ersten Führungsnut 20 aufgesetzt, wo die entsprechende Verfahrung zu einem früheren Zeitpunkt in der selben Umdrehung des Schiebenockens 10 erfolgt ist.
Bei weiterer Umdrehung des Schiebenockens 10 entgegen dem Uhrzeigersinn erfolgt eine radiale Zwangsführung des Aktuatorpins 40 mittels seiner Aktuatorpinnut 41, zuerst an dem ersten Führungsnutsteg 24 und/oder an dem zweiten Führungsnutsteg 25, dann an der radial inneren Begrenzungsfläche 23 der ersten Führungsnut 20 im Ausfahrumfangsabschnitt 53.
Diese Zwangsführung verändert die radiale Position des Aktuatorpins 40, wodurch ein Strom in der Aktuatorspule 71 der Aktuatoreinrichtung 70 induziert wird, welcher mittels eines Stromsensors einer Sensoreinrichtung erfasst wird. Mittels einer Datenverarbeitungseinrichtung wird ein zeitverlaufsbasiertes und/oder amplitudenbasiertes Profil der derart induzierten Ströme erstellt werden, wobei aufgrund der Zwangsführung des Aktuatorpins 40 an den Führungsnutstegen 24 und/oder 25 das Profil einer Führung des Aktuatorpins 40 in der ersten Führungsnut 20 von dem Profil einer Führung des Aktuatorpins 40 in der zweiten Führungsnut 30 unterschieden wird. Aus dieser Unterscheidung wird beispielsweise die axiale Position des Schiebenockens 10 auf der Zentralwelle einer Nockenwelleneinrichtung abgeleitet.
Bezugszeichenliste

1: Führungsnutanordnung
2: Axialverschiebevorrichtung
10: Schiebenocken
11: Trennwand zwischen den Führungsnuten
12: axialer Bereich der Führungsnutanordnung
20: erste Führungsnut
21: erster biegungsäußerer Nutabschnitt
22: zweiter biegungsäußerer Nutabschnitt
23: radial innere Begrenzungsfläche
24: erster Führungsnutsteg
25: zweiter Führungsnutsteg
30: zweite Führungsnut
31: erster biegungsäußerer Nutabschnitt
32: zweiter biegungsäußerer Nutabschnitt
33: erster Bereich der flacheren Führungsnut
34: radial innere Begrenzungsfläche des ersten Bereichs
35: zweiter Bereich der flacheren Führungsnut
36: radial innere Begrenzungsfläche des zweiten Bereichs
40: Aktuatorpin
41: Aktuatorpinnut
42: Bezugspunkt des Aktuatorpins
50: Kreuzungsumfangsabschnitt
51: Einfahrumfangsabschnitt
52: radialer Zwangsführungsumfangsabschnitt
53: Ausfahrumfangsabschnitt
54: radial äußerer Umfangsabschnitt
62: Verlauf des radialen Abstands des Bezugspunktes des Aktuatorpins in der ersten Führungsnut
70: Aktuatoreinrichtung
71: Aktuatorspule
R: radialer Abstand von der Längsachse der Nockenwelle
R_max: maximaler radialer Abstand der radial inneren Begrenzungsfläche
R_min: minimaler radialer Abstand der radial inneren Begrenzungsfläche

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 10349898 A1 [0004]

Claims

Führungsnutanordnung (1) an einer Welle, insbesondere an einem Schiebenocken einer Nockenwelleneinrichtung, wobei die Führungsnutanordnung (1) zwei einander kreuzende, an der Welle angeordnete, Führungsnuten (20, 30) aufweist.
Führungsnutanordnung (1) gemäß Anspruch 1, wobei die Führungsnuten (20, 30) bezogen auf eine radiale Entfernung (R) von der Längsachse der Welle einen unterschiedlichen Verlauf in Umfangsrichtung aufweisen.
Führungsnutanordnung (1) gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei wenigstens eine der Führungsnuten (20, 30) in einem Umfangsabschnitt (52) der Welle wenigstens einen Führungsnutsteg (24, 25) und/oder eine Führungsnut-Seitennut aufweist.
Führungsnutanordnung (1) gemäß einem der vorherigen Ansprüche, wobei wenigstens eine der Führungsnuten (20, 30) zwei voneinander durch einen radial gleichbleibenden Umfangsabschnitt beabstandete Umfangsabschnitte aufweist, welche über ihren Verlauf beide einen positiven radialen Abstandsgradienten aufweisen.
Axialverschiebevorrichtung (2) mit wenigstens einer Führungsnutanordnung () gemäß einem der vorherigen Ansprüche, zusätzlich aufweisend – eine Aktuatoreinrichtung (70) mit einem radial in Bezug auf die Längsachse der Welle verfahrbaren Aktuatorpin (40), wobei wenigstens zwei dieser Führungsnuten (20, 30) für eine axiale Zwangsführung an diesem Aktuatorpin (40) entlang der Längsachse der Welle und für eine radiale Zwangsführung des Aktuatorpins (40) eingerichtet sind.
Axialverschiebevorrichtung (2) gemäß Anspruch 5, wobei der Aktuatorpin (40) eine Aktuatorpinnut (41) aufweist, und wobei ein Führungsnutsteg (24, 25) wenigstens einer der Führungsnuten (20, 30) für eine radiale Zwangsführung des Aktuatorpins (40) an dieser Aktuatorpinnut (41) eingerichtet ist und/oder eine Führungsnut-Seitennut wenigstens einer der Führungsnuten (20, 30) für eine radiale Zwangsführung des Aktuatorpins (40) an diesem Aktuatorpinsteg eingerichtet ist.
Axialverschiebevorrichtung (2) gemäß einem der Ansprüche 5 oder 68, zusätzlich aufweisend eine Sensoreinrichtung mit einem Sensor und einer Datenverarbeitungseinrichtung, wobei einer dieser Sensoren eingerichtet ist, Werte eines Parameters zu erfassen, welcher eine Aussage über eine radiale Position in Bezug auf die Längsachse der Welle und/oder eine Änderung dieser radialen Position des Aktuatorpins (40) ermöglicht, insbesondere Änderungen von Parametern eines elektromagnetischen Feldes.
Verbrennungsmotor insbesondere für ein Kraftfahrzeug, mit einer Axialverschiebevorrichtung (2) gemäß einem der Ansprüche 7 bis 9, wobei die Führungsnutanordnung (1) an einem Schiebenocken (10) einer Nockenwelleneinrichtung des Verbrennungsmotors angeordnet ist, und wobei dieser Schiebenocken (10) drehbar um seine Längsachse und axial verschiebbar gegenüber einer Zentralwelle dieser Nockenwelleneinrichtung gelagert ist.
Verfahren zum axialen Verschieben einer Welle mit einer Führungsnutanordnung (1) mit, insbesondere zwei, sich kreuzenden Führungsnuten (20, 30), insbesondere eines Schiebenockens (10) gegenüber einer Zentralwelle einer Nockenwelleneinrichtung, mittels eines Aktuatorpins (40), aufweisend die Schritte: – Verfahren des Aktuatorpins (40) aus einer radial äußeren Position in eine radial innere, an der Welle, insbesondere einer radial inneren Begrenzungsfläche (23; 34, 36) einer der Führungsnuten (20, 30), anliegende, Position, und – Rotation der Welle um ihre Längsachse zum axialen Verschieben der Welle durch axiale Zwangsführung des Aktuatorpins (40) an einer der sich kreuzenden Führungsnuten (20, 30).
Verfahren gemäß Anspruch 9, zusätzlich mit den Schritten: – Erfassen einer radialen Position und/oder des radialen Verfahrverlaufs des Aktuatorpins (40) bei Rotation der Welle um ihre Längsachse, und – Auswerten der erfassten Werte zur Zuordnung des Aktuatorpins (40) zu einer der Führungsnuten (20, 30).
Verfahren gemäß Anspruch 9 oder 10, zusätzlich mit dem Schritt: – Ableiten der axialen Position der Welle auf Basis einer erfolgten Zuordnung des Aktuatorpins (40) zu einer Führungsnut (20; 30), oder – Feststellen einer undefinierten axialen Position der Welle auf Basis einer nicht erfolgten Zuordnung des Aktuatorpins (40) zu einer Führungsnut (20; 30).
Verfahren gemäß Anspruch 10 oder 11, wobei ein die Führungsnuten (20, 30) unterscheidender radialer Verfahrverlauf einer Zwangsführung des Aktuatorpins (40) verwendet wird, um eine Aussage darüber zu erhalten, in welcher der Führungsnuten (20, 30) der Akuatorpin (40) verfährt.
Verfahren gemäß einem der vorherigen Ansprüche 10 bis 12, wobei der Aktuatorpin (40) bei radialer Bewegung von der Welle weg wenigstens einen Parameter eines elektromagnetischen Feldes der Axialverschiebevorrichtung (2) verändert, und wobei Werte und/oder Änderungen von Werten wenigstens eines dieser Parameter erfasst und zur Ableitung der radialen Position und/oder des radialen Verfahrverlaufs des Aktuatorpins (40) verwendet werden.
Computerprogram, welches Anweisungen enthält die, wenn sie von einer Steuergeräteinrichtung ausgeführt werden, diese dazu veranlassen ein Verfahren gemäß der Ansprüche 9 bis 13 auszuführen.
Computer-lesbares Medium, auf welches ein Computerprogramm gemäß Anspruch 15 gespeichert ist.