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Die Erfindung betrifft ein Schiebenockensystem einer Brennkraftmaschine, mit einem Nockenstück, das über eine Zahnwelle in einem Zylinderkopf gelagert ist und mittels eines Aktuators in Achsrichtung der Zahnwelle verschieblich ist, sowie mit einer Arretiervorrichtung zum Fixieren des Nockenstücks in definierten axialen Lagen bezüglich der Zahnwelle.
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Bei Schiebenockensystemen der genannten Art fährt zur Verstellung der Nockenkonturen der Nocken des Nockenstücks der Aktuator kurz in eine Verschiebenut des Nockenstücks. Die Lagefixierung des Nockenstücks auf der Zahnwelle erfolgt über eine federbelastete Kugel in der Zahnwelle, die sich an Nuten im Nockenstück abstützt. Nachteilig.ist bei diesem Konzept der hohe Platzbedarf am Nockenstück und die vergleichsweise hohe Toleranzempfindlichkeit bezüglich der Nockenposition im Zylinderkopf. Durch die Fixierung des Nockenstücks über die Zahnwelle erfolgt die Toleranzkette für die Nockenposition bezüglich des mittels des Nockens beaufschlagbaren Ventils über die Bauteile Axiallager der Zahnwelle, Position Kugelbohrung zu Axiallager, Nut zu Nocken. Die sich ergebende Positionstoleranz hängt neben den reinen Bauteiltoleranzen insbesondere von der Bauteiltemperatur ab. Da eine aus Stahl bestehende Zahnwelle gegenüber dem Zylinderkopf der Brennkraftmaschine, bei Betriebstemperatur, eine deutlich geringere Temperaturdehnung aufweist, entstehen hierdurch zusätzliche Toleranzen, die bei der Auslegung von Nockenbreite, Verschiebeweg usw. berücksichtigt werden müssen.
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Ein Schiebenockensystem, das die Merkmale der eingangs genannten Art aufweist, ist aus der
DE 10 2008 005 639 A1 bekannt. Bei diesem weist die Arretiervorrichtung die eingangs beschriebene federbelastete Kugel der Zahnwelle auf, die sich an einer Nut im Nockenstück abstützt.
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Aus der
DE 10 2009 017 242 B4 ist ein Schiebenockensystem bekannt, das die Merkmale des Oberbegriffs des Patentanspruchs 1 aufweist.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Schiebenockensystem, das die Merkmale des Oberbegriffs des Patentanspruchs 1 aufweist, so weiterzubilden, dass dieses unter dem Aspekt des Bauraumbedarfs und der Bauteiltoleranzen verbessert ist.
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Gelöst wird die Aufgabe durch ein Schiebenockensystem das die Merkmale des Patentanspruchs 1 aufweist.
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Bei der Erfindung ist die Arretiervorrichtung durch Bestandteile gebildet, die in einem Zylinderkopf oder einem Nockenwellengehäuse oder einem Zylinderkopfdeckel oder einem Lagerbock oder einem Lagerdeckel und im Nockenstück gelagert sind.
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Durch die Anordnung von für die Arretierung bzw. Fixierung des Nockenstücks relevanten Bauteilen im Zylinderkopf bzw. im Lagerbock bzw. im Lagerdeckel bzw. im Nockenwellengehäuse bzw. im Zylinderkopfdeckel unterliegen diese, genau wie die Bauteile Ventil und Schlepphebel bei der Brennkraftmaschine dem Wärmegang des Zylinderkopfs, bei dem es sich insbesondere um einen Zylinderkopf aus einer Aluminiumlegierung handelt. Dies bedeutet, dass die Positionierung der Nocken nicht von der Bauteiltemperatur, sondern lediglich von den Bauteiltoleranzen abhängig ist. Das Nockenwellengehäuse stellt ein Gehäuse zur Aufnahme der Nockenwellen dar, das zwischen einem Zylinderkopf und einem Zylinderkopfdeckel positioniert ist.
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Bei der Erfindung ist vorgesehen, dass die Arretiervorrichtung eine parallel zur Achse der Zahnwelle angeordnete Lagerachse, die im Zylinderkopf, im Nockenwellengehäuse, im Zylinderkopfdeckel, im Lagerbock oder im Lagerdeckel gelagert ist, sowie eine in der Lagerachse verschieblich gelagerte Hülse aufweist, ferner erste Formschlussmittel zum Koppeln der axialen Bewegung des Nockenstücks und der axialen Bewegung der Hülse sowie zweite Formschlussmittel zum axialen Festlegen der Hülse bezüglich der Lagerachse aufweist.
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Diese Gestaltung erlaubt es, die Arretiervorrichtung bei besonders geringem Bauraumbedarf zu verwirklichen.
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Unter diesem Aspekt ist vorzugsweise die Lagerachse im Bereich deren beiden Enden in einer Lagerachsenaufnahme gelagert, wobei die Lagerachsenaufnahme mit dem Zylinderkopf, dem Nockenwellengehäuse, dem Zylinderkopfdeckel, dem Lagerbock oder dem Lagerdeckel verbunden ist.
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Vorzugsweise bildet die Lagerachsenaufnahme, im Bereich der Lagerung der Lagerachse in der Lagerachsenaufnahme, Anschläge für die Hülse in zwei Endstellungen der Hülse, die zwei unterschiedlichen Verschiebestellungen des Nockenstücks entsprechen. Bei diesen Verschiebestellungen handelt es sich um Endstellungen der Hülse bzw. maximal verschobene Stellungen der Hülse. Demzufolge legt der eine Anschlag die Hülse in der einen Verschieberichtung und der andere Anschlag die Hülse in der anderen Verschieberichtung fest. Der Arretiervorrichtung kommt bei Anlage der Hülse in der jeweiligen Endstellung die Aufgabe zu, die Bewegung der Hülse von diesem Anschlag weg zu verhindern, somit die Hülse in dieser Position zu arretieren bzw. zu fixieren. Vorzugsweise erfolgt eine abschließende Oberflächenbearbeitung der Anschläge im montierten Zustand der Arretiervorrichtung. Das führt zu einer weiteren Reduktion der Toleranzen.
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Das Verschieben der Hülse synchron mit dem Verschieben des Nockenstücks in Achsrichtung der Zahnwelle erfolgt insbesondere dadurch, dass die ersten Formschlussmittel einen radial gerichteten Ringvorsprung am Schiebestück oder an der Hülse aufweisen, sowie eine radial gerichtete Ringnut an der Hülse oder dem Schiebestück aufweisen, wobei der Ringvorsprung in die Ringnut eingreift. Unter dem Aspekt der Herstellung und dem Aspekt der Belastung des Schiebestücks wird es.als besonders vorteilhaft angesehen, wenn das Schiebestück den radial gerichteten Ringvorsprung, somit den von der Drehachse des Schiebestücks weggerichteten Ringvorsprung aufweist, und die Hülse mit der Ringnut versehen ist.
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Insbesondere ist die Anordnung so ausgebildet, dass der Ringvorsprung mit geringem axialen Spiel in die Ringnut eingreift. Hierdurch sind geringe Toleranzen in axialer Richtung der Hülse gewährleistet.
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Es wird als besonders vorteilhaft angesehen, wenn die zweiten Formschlussmittel ein Druckstück-Feder-System, insbesondere ein Kugel-Feder-System, beinhalten. Das Druckstück bzw. die Feder wirkt formschlüssig mit der Hülse zusammen und legt diese fest, zumindest in einer Achsrichtung, gegebenenfalls durchaus auch in entgegengesetzten Achsrichtungen.
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Konstruktiv ist die Lagerung der zweiten Formschlussmittel vorzugsweise so ausgestaltet, dass das Druckstück bzw. die Kugel und die auf das Druckstück bzw. die Kugel einwirkende Feder in der Lagerachsenaufnahme gelagert sind. Diese Lagerung kann mittelbar erfolgen. Insbesondere sind das Druckstück bzw. die Kugel und die auf das Druckstück bzw. die Kugel einwirkende Feder in einer vorgefertigten Baueinheit gelagert, die ihrerseits in der Lagerachsenaufnahme gelagert ist. Auf diese Art und Weise lässt sich das zweite Formschlussmittel vorfabrizieren und einfach sowie schnell montieren.
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Baulich besonders einfach ist eine Gestaltung, bei der die Hülse einen radialen, sich konisch verjüngenden Ringvorsprung aufweist, wobei die Hülse in deren jeweiliger Endstellung den zugeordneten Anschlag und das Druckstück bzw. die Kugel den Ringvorsprung auf der diesem Anschlag abgewandten Seite des Ringvorsprungs kontaktiert. In den beiden Endstellungen wird somit die Hülse zwischen dem jeweiligen Anschlag und dem Druckstück bzw. der Kugel arretiert.
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Sind mehr als zwei Stellungen der Hülse zu arretieren, lässt sich das Schiebestück somit in mehr als zwei Stellungen verfahren, beispielsweise in drei Stellungen, kann dies gleichfalls mittels der erfindungsgemäßen Arretiervorrichtung bewerkstelligt werden. Unter diesem Aspekt wird es als vorteilhaft angesehen, wenn die Hülse mindestens zwei radiale, sich konisch verjüngende, nebeneinander angeordnete Ringvorsprünge aufweist, wobei das Druckstück bzw. die Kugel, in den beiden Endstellungen oder einer Zwischenstellung der Hülse, benachbarte Ringvorsprünge im Bereich deren einander zugewandten Seiten kontaktiert.
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Schließlich wird es unter thermischem Gesichtspunkt als besonders vorteilhaft angesehen, wenn der Zylinderkopf, der Lagerbock und/oder der Lagerdeckel aus einer Aluminiumlegierung bestehen.
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Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, der beigefügten Zeichnung und der Beschreibung der in der Zeichnung wiedergegebenen, bevorzugten Ausführungsbeispiele, ohne auf diese beschränkt zu sein. Es zeigt:
- 1 ein erstes Ausführungsbeispiel des Schiebenockensystems, veranschaulicht für eine erste arretierte Endstellung eines Nockenstücks,
- 2 eine Detaildarstellung der in 1 veranschaulichten Arretiervorrichtung des Schiebenockensystems,
- 3 die Anordnung gemäß 1, veranschaulicht in der anderen arretierten Endstellung des Nockenstücks,
- 4 ein zweites Ausführungsbeispiel des Schiebenockensystems mit drei arretierbaren Stellungen, veranschaulicht für eine arretierte Endstellung des Nockenstücks.
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Betreffend das erste Ausführungsbeispiel veranschaulicht 1 den grundsätzlichen Aufbau der Verbrennungskraftmaschine im Bereich des Schiebenockensystems 1.
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Veranschaulicht sind, jeweils über eine Teillänge dargestellt, ein Zylinderkopf 2 und zwei in Lagerböcken 3 des Zylinderkopfs 2 gelagerte Nockenwellen 4. Jedem Zylinder der Brennkraftmaschine zugeordnet sind zwei Einlassventile und zwei Auslassventile, wobei die Einlassventile über die eine Nockenwelle 4 und die Auslassventile über die andere Nockenwelle 4 angesteuert werden. Die Nockenwelle 4 ist im Wesentlichen durch eine Zahnwelle 5 und, pro Paar Auslassventilen bzw. Einlassventilen des jeweiligen Zylinders, ein Nockenstück 6 gebildet. Dieses ist in einem Zahnabschnitt 7 der Zahnwelle 5 in Achsrichtung der Zahnwelle 5 verschieblich gelagert. Somit weist das Nockenstück 6 eine Innenverzahnung auf, die mit der Außenverzahnung des Zahnabschnitts 7 der Zahnwelle 5 kämmt. Das jeweilige Nockenstück 6 weist pro Ventil zwei Nockenabschnitte 8 und 9 auf. Zwischen den beiden Paaren von Nockenabschnitten 8, 9 weist das Nockenstück 6 eine Schaltkulisse 10 auf. In diese lässt sich ein nicht veranschaulichter Schaltstift einfahren, der stationär bezüglich des Zylinderblocks 2 gelagert ist. Aufgrund der Drehung der Nockenwelle 4, somit der Zahnwelle 5, bedingt der in die Schaltkulisse 10 eingefahrene Schaltstift eine axiale Verschiebung des Nockenstücks 6 bezüglich der Zahnwelle 5 im Bereich deren Zahnabschnitts 7. Demzufolge lässt sich das Nockenstück 6 zwischen zwei Endstellungen hin und her verfahren. In diesen Endstellungen ist das Nockenstück 6 mittels einer Arretiervorrichtung 11 arretiert.
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Diese Arretiervorrichtung 11 ist durch Bestandteile gebildet, die im Zylinderkopf 2 und im . Lagerbock 3 sowie im Nockenstück 6 gelagert sind. Grundsätzlich könnte die Arretiervorrichtung 11 auch im Nockenstück 6 und in einem Lagerdeckel der Brennkraftmaschine gelagert sein. Alternativ könnte die Arretiervorrichtung 11 ebenfalls in einem nicht dargestellten Nockenwellengehäuse angeordnet sein. Das Nockenwellengehäuse dient zur Aufnahme der Nockenwellen 4 und ist üblicherweise zwischen dem Zylinderkopf 2 und einem nicht dargestellten Zylinderkopfdeckel positioniert. Es ist ebenfalls denkbar, die Arretiervorrichtung 11 im Zylinderkopfdeckel anzuordnen. Das ist insbesondere vorteilhaft, wenn der Zylinderkopfdeckel zur Aufnahme der Nockenwellen 4 dienen sollte.
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Wie ergänzend der Darstellung der 2 zu entnehmen ist, weist die Arretiervorrichtung 11 eine parallel zur Achse der Zahnwelle 5 angeordnete Lagerachse 12 auf. Diese ist mittelbar im Zylinderkopf 2 und im Lagerbock 3 gelagert. Konkret ist die Lagerachse 12 im Bereich deren beiden Enden in einer Lagerachsenaufnahme 13 gelagert. Diese ist mit dem Zylinderkopf 2 und dem Lagerbock 3 verbunden.
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Die Arretiervorrichtung 11 weist ferner eine in der Lagerachse 12 verschieblich gelagerte Hülse 14 auf. Die Lagerachse 12 ist parallel zur Achse der Zahnwelle 5 angeordnet.
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Die Arretiervorrichtung 11 weist ferner erste Formschlussmittel zum Koppeln der axialen Bewegung des Nockenstücks 6 und der axialen Folgebewegung der Hülse 14, ferner zweite Formschlussmittel zum axialen Festlegen der Hülse 14 bezüglich der Lagerachse 12 auf. Im Detail weisen die ersten Formschlussmittel einen radial gerichteten Ringvorsprung 15 am Nockenstück 6 und eine radial gerichtete Ringnut 16 an der Hülse 14 auf, wobei der Ringvorsprung 15 in die Ringnut 16 eingreift. Konkret beinhalten die zweiten Formschlussmittel ein Druckstück-Feder-System 17, wobei das Druckstück konkret als Kugel 18 ausgebildet ist, somit das System sich als Kugel-Feder-System darstellt. Hierbei ist die Kugel 18 und eine auf diese einwirkende, nicht veranschaulichte Feder in einer Aufnahmeeinheit 19 gelagert, die ihrerseits in der Lagerachsenaufnahme 13 gelagert ist.
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Die Lagerachsenaufnahme 13 ist mit einem Ansatz 20 versehen, im Bereich dessen die Lagerachsenaufnahme 13 mit einem benachbarten Lagerbock 3 verbunden ist. Beispielsweise ist die Lagerachsenaufnahme 13 im Bereich ihrer Unterseite mit dem Zylinderkopf 2 verbunden.
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Die Lagerachsenaufnahme 13 bildet, im Bereich der Lagerung der Lagerachse 12 in der Lagerachsenaufnahme 13, Anschläge 21 und 22 für die Hülse 14 in zwei Endstellungen der Hülse 14, die zwei unterschiedlichen Endverschiebestellungen des Nockenstücks 6 entsprechen. Zusätzlich weist die Hülse 14 einen radialen, sich konisch verjüngenden Ringvorsprung 23 auf. Die Hülse 14 kontaktiert in deren beiden Endstellungen jeweils einen zugeordneten Anschlag 21 bzw. 22 und es kontaktiert die Kugel 18 auf der diesem Anschlag 21 bzw. 22 abgewandten Seite des Ringvorsprungs 23 diesen, somit bei Anlage der Hülse 14 am Anschlag 21 die Seite 24 des Ringvorsprungs 23 und bei Anlage der Hülse 14 am Anschlag 22 die andere Seite 25 des Ringvorsprungs 23.
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Demzufolge wird beim Verschieben des Nockenstücks 6 durch Eingriff des Schaltstifts in die Schaltkulisse 10 die Hülse 14 synchron aufgrund des Eingriffs des Ringvorsprungs 15 in die Ringnut 16 verschoben und es gelangt die Hülse 14 in der Endstellung des Nockenstücks 6 in Anlage am Anschlag 21 bzw. 22 und wird dort mittels der Kugel 18 arretiert, die sich an die Seite 24 bzw. 25 des Ringvorsprungs 23 anlegt. Wird das Nockenstück 6 in die entgegengesetzte Endstellung verfahren, drückt der Ringvorsprung 23 zunächst die Kugel 18 entgegen der Kraft der Feder zurück, und es gelangt die Kugel 18 bei Anlage der Hülse 14 am anderen Anschlag 22 bzw. 21 in Hintergriffsstellung mit der anderen Seite 25 bzw. 24 des Ringvorsprungs 23. Somit ist auch in dieser Endstellung die Hülse 14 und damit das Nockenstück 6 axial festgelegt.
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Der Zylinderkopf 2, die Lagerböcke 3 und/oder der Lagerdeckel der Brennkraftmaschine bestehen aus einer AI-Legierung.
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4 veranschaulicht das zweite Ausführungsbeispiel. Dieses ist dahingehend modifiziert, dass pro Ventil nicht zwei Nockenabschnitte, sondern drei Nockenabschnitte 8, 9, 26 vorgesehen sind und deshalb die Hülse 14 in drei Stellungen, somit zwei Endstellungen und einer Mittelstellung zu arretieren ist. Die Arretierung der Endstellungen erfolgt wie vorstehend zum ersten Ausführungsbeispiel beschrieben. Bei dem Ausführungsbeispiel nach der 4 sind zwei nebeneinander angeordnete Ringvorsprünge vorgesehen, vorliegend der Ringvorsprung 23 und der Ringvorsprung 27, wobei der Ringvorsprung 27 entsprechend dem Ringvorsprung 23 ausgebildet ist. Hierbei erfolgt die Arretierung der Hülse 14 und damit des Nockenstücks 6 in der Mittelstellung, somit in der Wirkstellung des mittleren Nockenabschnitts 9, zwischen der Seite 25 des Ringvorsprungs 23 und der Seite 24 des Ringvorsprungs 27.
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Ohne dass es der Anschläge 21 und 22 der Hülse 14 bedarf, könnten beispielsweise zwei Arretierstellungen auch dadurch verwirklicht sein, dass die Hülse 14 mit drei Ringvorsprüngen versehen ist, wobei die eine Arretierstellung mittels der Kugel 18 sich bei Kontaktierung des ersten und des zweiten Ringvorsprungs ergibt und die Arretierstellung sich bei Kontaktierung des zweiten und dritten Ringvorsprungs ergibt.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Schiebenockensystem
- 2
- Zylinderkopf
- 3
- Lagerbock
- 4
- Nockenwelle
- 5
- Zahnwelle
- 6
- Nockenstück
- 7
- Zahnabschnitt
- 8
- Nockenabschnitt
- 9
- Nockenabschnitt
- 10
- Schaltkulisse
- 11
- Arretiervorrichtung
- 12
- Lagerachse, Bestandteil
- 13
- Lagerachsenaufnahme, Bestandteil
- 14
- Hülse, Bestandteil
- 15
- Ringvorsprung, Bestandteil, Formschlussmittel
- 16
- Ringnut, Bestandteil, Formschlussmittel
- 17
- Druckstück-Feder-System, Bestandteil, Formschlussmittel
- 18
- Kugel
- 19
- Aufnahmeeinheit
- 20
- Ansatz
- 21
- Anschlag, Formschlussmittel
- 22
- Anschlag, Formschlussmittel
- 23
- Ringvorsprung, Formschlussmittel
- 24
- Seite
- 25
- Seite
- 26
- Nockenabschnitt
- 27
- Ringvorsprung, Formschlussmittel
