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Die Erfindung betrifft eine Brennkraftmaschine mit mehreren Zylindern nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1. Des Weiteren betrifft die Erfindung einen Ventiltrieb für eine Brennkraftmaschine nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 7.
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Bei Brennkraftmaschinen werden zur Optimierung der Ladungsbewegung im Brennraum variable Ventiltriebe verwendet, mit denen bei den Gaswechselventilen der Brennkraftmaschine unterschiedliche Ventilhübe eingestellt werden können. Aus der
DE 196 11 641 C1 ist ein Ventiltrieb bekannt, mit dem die Betätigung eines Gaswechselventils mit mehreren unterschiedlichen Hubkurven ermöglicht wird. Hierzu ist auf der Nockenwelle ein Schiebenocken mit mehreren Nockenbahnen drehfest aber axial verschieblich gelagert, der eine Hubkontur aufweist, in die ein Aktuator in Form eines Stifts zur Erzeugung einer axialen Verschiebung des Schiebenockens eingreift. Durch die axiale Verschiebung des Schiebenockens wird beim jeweiligen Gaswechselventil ein unterschiedlicher Ventilhub eingestellt. Der Schiebenocken ist nach der axialen Verschiebung desselben relativ zur Nockenwellen dadurch in seiner axialen Relativposition auf der Nockenwelle rastierbar, dass abhängig von der axialen Relativposition mindestens eine federbeaufschlagte Rastkugel, die in der Nockenwelle aufgenommen und gelagert ist, in mindestens eine Rastnut eingreift, die auf einer radial innen liegenden Fläche des Schiebenockens ausgebildet ist. Eine Arretiervorrichtung zur Arretierung der axialen Relativposition des Schiebenockens auf der Nockenwelle ist durch Rastvertiefungen des Schiebenockens und mindestens eine mit den Rastvertiefungen des Schiebenockens zusammenwirkende Rastkugel gebildet.
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Aus der
DE 10 2007 027 979 A1 ist eine Brennkraftmaschine mit einem Ventiltrieb bekannt, dessen Arretiervorrichtung von zwei Rastelementen gebildet ist, nämlich einem ersten Rastelement mit mehreren Rastvertiefungen, das Bestandteil des Schiebenockens ist und zusammen mit dem Schiebenocken relativ zur Nockenwelle axial verlagerbar ist, sowie von mindestens einem zweiten Rastelement, bei welchem es sich um eine federbeaufschlagte Rastkugel handelt. Hierbei ist das oder jedes federbeaufschlagte, zweite Rastelement nicht in der Nockenwelle aufgenommen, sondern vielmehr in Tunnelabschnitten eines Tunnellagers der jeweiligen Nockenwelle.
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Beim Stand der Technik besteht der Nachteil, dass die axiale Arretierung der axialen Relativposition des jeweiligen Schiebenockens auf der jeweiligen Nockenwelle, der Relativposition des jeweiligen Schiebenockens zu einem zu betätigenden Gaswechselventil sowie der Relativposition des jeweiligen Aktuators zu der oder jeder Nut des jeweiligen Kulissenabschnitts des jeweiligen Schiebenockens eine hohe Toleranzempfindlichkeit aufweist. Die Toleranzempfindlichkeit wird dann noch erhöht, wenn die jeweilige Nockenwelle mit dem oder jedem Schiebenocken sowie der Zylinderkopf der Brennkraftmaschine aus unterschiedlichen Werkstoffen gefertigt sind. Daher ist nach dem Stand der Technik eine extrem genaue Fertigung der einzelnen Bauteile erforderlich, wodurch hohe Fertigungszeiten und Fertigungskosten verursacht werden. Ferner werden durch die Arretierung der axialen Relativposition des jeweiligen Schiebenockens über federbeaufschlagte Rastkugeln hohe Verschiebekräfte des jeweiligen Schiebenockens verursacht. Maximale Schaltdrehzahlen für den Ventiltrieb sind beschränkt.
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Aufgabe der Erfindung ist es, eine Brennkraftmaschine gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 sowie einen Ventiltrieb gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 7 zu verbessern.
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Diese Aufgabe wird durch eine Brennkraftmaschine gemäß Anspruch 1 gelöst. Erfindungsgemäß ist radial außen auf dem jeweiligen Schiebenocken ein zusammen mit dem jeweiligen Schiebenocken axial verschiebbarer Arretierschieber positioniert, welcher zur Rastierung des Schiebenockens mit dem Aktuator zusammenwirkt.
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Mit der hier vorliegenden Erfindung können eine Vielzahl von Vorteilen realisiert werden. So kann zum einen die Toleranzempfindlichkeit eines Ventiltriebs einer Brennkraftmaschine deutlich gesenkt werden. Durch unterschiedliche Werkstoffe von Nockenwelle, Schiebenocken und Zylinderkopf bewirkte unterschiedliche Temperaturdehnungen und hierdurch verursachte Toleranzempfindlichkeiten können eliminiert werden. Die Toleranzempfindlichkeit des Ventiltriebs der Brennkraftmaschine wird im Sinne der Erfindung durch die Fertigungstoleranz des vom jeweiligen Schiebenocken aufgenommenen Arretierschiebers bestimmt. Es ist möglich, Schaltdrehzahlen für den Ventiltrieb der Brennkraftmaschine zu erhöhen. Die erforderliche Fertigungsgenauigkeit kann reduziert werden, wodurch Fertigungszeiten und Fertigungskosten reduziert werden können. Ferner können durch den Wegfall der Arretierung der axialen Relativposition des jeweiligen Schiebenockens über federbeaufschlagte Rastkugel Verschiebekräfte des jeweiligen Schiebenockens reduziert werden.
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Vorzugsweise weist der Arretierschieber langlochartige Ausnehmungen auf, die über einen Durchbruch miteinander verbunden sind, wobei in Umfangsrichtung der Nockenwelle gesehen eine Abmessung des Durchbruchs kleiner ist als eine entsprechende Abmessung der Langlöcher. Der Aktuator weist betätigbare Stifte auf, die einen radial inneren Abschnitt mit einem relativ großen Durchmesser und einen radial äußeren Abschnitt mit einem relativ kleinen Durchmesser aufweisen, wobei dann, wenn die bzw. alle Stifte des Aktuators unbetätigt und eingefahren sind, die radial inneren Abschnitte derselben den Schiebenocken rastieren, wohingegen dann, wenn einer der Stifte des Aktuators betätigt und ausgefahren ist, die radial inneren Abschnitte derselben eine axiale Verschiebung des Schiebenockens zulassen. Eine solche Ausführung ist konstruktiv einfach und erlaubt mit geringem Fertigungsaufwand, geringen Fertigungszeiten und geringen Fertigungskosten die Bereitstellung der erfindungsgemäßen Vorteile.
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Nach einer vorteilhaften Weiterbildung ist der Kulissenabschnitt des jeweiligen Schiebenockens in der Mitte zwischen zwei axial äußeren Nockenabschnitten, die jeweils mehrere Nockenbahnen zur Einstellung unterschiedlicher Ventilhübe aufweisen, positioniert, wobei der radial außen auf dem jeweiligen Schiebenocken positionierte Arretierschieber mit radial inneren, seitlichen Vorsprüngen, welche die Axialposition des Arretierschiebers auf dem jeweiligen Schiebenocken fixieren, am Kulissenabschnitt anliegt. Eine solche Ausführung ist konstruktiv einfach und erlaubt mit geringem Fertigungsaufwand, geringen Fertigungszeiten und geringen Fertigungskosten die Bereitstellung der erfindungsgemäßen Vorteile.
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Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung. Ausführungsbeispiele der Erfindung werden, ohne hierauf beschränkt zu sein, an Hand der Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigt:
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1 einen Ausschnitt aus einem erfindungsgemäßen Ventiltrieb einer Brennkraftmaschine in Seitenansicht;
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2 den Ausschnitt der 1 in teilweiser Explosionsdarstellung;
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3 ein Detail der 1; und
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4 das Detail der 3 in Draufsicht ohne Aktuator.
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1 zeigt eine Seitenansicht eines Ventiltriebs einer Brennkraftmaschine. Die in 1 gezeigte Nockenwelle 1 ist über nicht gezeigte Nockenwellenlager in einem nicht gezeigten Zylinderkopf der Brennkraftmaschine gelagert, der vorzugsweise aus einem Zylinderkopfunterteil und einem Nockenwellengehäuse zusammengesetzt ist. Zylinderkopfunterteil und Nockenwellengehäuse können auch einstückig ausgebildet sein.
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Die in 1 gezeigte Nockenwelle 1 ist als Einlassnockenwelle ausgeführt und dient der Steuerung von Einlassventilen 2 der Brennkraftmaschine mit Hilfe von nicht gezeigten Rollenschlepphebeln. Zur Steuerung von nicht gezeigten Auslassventilen der Brennkraftmaschine ist eine nicht gezeigte Auslassnockenwelle vorhanden. Bei den Einlassventilen und Auslassventilen handelt es sich um Gaswechselventile 2 der Brennkraftmaschine.
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Pro Zylinder sind vorzugsweise zwei Einlassventile 2 und zwei nicht gezeigte Auslassventile vorgesehen, wobei die Einlassventile 2 von der Einlassnockenwelle 1 in bekannter Weise gesteuert betätigt werden. Die Auslassventile werden von der nicht gezeigten Auslassnockenwelle in bekannter Weise gesteuert betätigt. Hierzu weist die Einlassnockenwelle 1 bzw. die nicht gezeigte Auslassnockenwelle jeweils mehrere Schiebenocken 3 auf.
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Der Schiebenocken 3 ist im gezeigten Ausführungsbeispiel aus einem in der Mitte positionierten Kulissenabschnitt 4 und zwei äußeren Nockenabschnitten 5 gebildet. Jeder äußere Nockenabschnitt 5 umfasst im gezeigten Ausführungsbeispiel drei Nockenbahnen 6, wobei mit jeder der Nockenbahnen 6 ein unterschiedlicher Ventilhub eingestellt wird. Der Schiebenocken 3 umfasst demnach für jedes Ventil einen Nockenabschnitt 5 mit drei Nockenbahnen 6, der axial verschiebbar ist.
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Jedem Schiebenocken 5 ist ein Aktuator 7 zugeordnet, der Stifte 8 aufweist, die mit mindestens einer an einer Mantelfläche des Kulissenabschnitts 4 ausgebildeten Nut 9 des Schiebenockens 3 zusammenwirken. Dadurch erfolgt eine axiale Verschiebung des Schiebenockens 3 auf der Nockenwelle 1. Durch die axiale Verschiebung des Schiebenockens 3 wird das jeweilige Gaswechselventil 2 gezielt mit einer bestimmten Nockenbahn 6 betätigt, so dass eine unterschiedliche Ventilhubeinstellung erfolgt. Das Zusammenwirken der Stifte 8 des Aktuators 7 mit der oder jeder Nut 9 des Kulissenabschnitts 4 ist dem hier angesprochenen Fachmann geläufig.
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Nach einer axialen Verschiebung des jeweiligen Schiebenockens 3 relativ zur Nockenwelle 1 ist die axiale Relativposition des jeweiligen Schiebenockens 3 auf der Nockenwelle 1 relativ zu einem zu betätigenden Gaswechselventil 2 arretierbar bzw. rastierbar.
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Die Arretierung bzw. Rastierung der axialen Relativposition des jeweiligen Schiebenockens 3 auf der Nockenwelle 1 wird im Sinne der hier vorliegenden Erfindung über einen Arretierschieber 10 realisiert, der radial außen auf dem jeweiligen Schiebenocken 3 positioniert ist und der zur Rastierung bzw. Arretierung der axialen Relativposition des Schiebenockens 3 auf der Nockenwelle 1 mit dem jeweiligen Aktuator 7 zusammenwirkt.
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Auf die nach dem Stand der Technik zur Arretierung bzw. Rastierung des Schiebenockens erforderlichen, federbeaufschlagten Rastkugeln kann mit der hier vorliegenden Erfindung demnach verzichtet werden.
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Sowohl die Verschiebung des jeweiligen Schiebenockens 3 als auch die Rastierung des jeweiligen Schiebenockens 3 nach einer Verschiebung desselben erfolgt unter Verwendung des jeweiligen Aktuators 7. Hierdurch wird nicht nur der Aufbau einer Brennkraftmaschine bzw. eines Ventiltriebs für eine Brennkraftmaschine vereinfacht, vielmehr kann auch die Toleranzanfälligkeit des Ventiltriebs der Brennkraftmaschine reduziert werden. Fertigungszeiten und Fertigungskosten können gesenkt werden. Schaltdrehzahlen des Ventiltriebs können erhöht werden. Zur Verschiebung des Schiebenockens benötigte Verschiebekräfte können reduziert werden.
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Der Arretierschieber 10 des jeweiligen Schiebenockens 3 ist auf dem jeweiligen Schiebenocken 3 radial außen positioniert, nämlich derart, dass der auf dem jeweiligen Schiebenocken 3 positionierte Arretierschieber 10 mit radial inneren, seitlichen Vorsprüngen 11 am Kulissenabschnitt 4 des jeweiligen Schiebenockens 3 anliegt, wobei diese seitlichen Vorsprünge 11 die Axialposition des Arretierschiebers 10 auf dem jeweiligen Schiebenocken 3 im Bereich des Kulissenabschnitts 4 desselben fixieren. Der Arretierschieber 10 ist gegenüber dem Schiebenocken 3 nicht axial verschiebbar, vielmehr ist der Arretierschieber 10 zusammen mit dem Schiebenocken 3 gegenüber der Nockenwelle 1 axial verschiebbar.
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Der Arretierschieber 10 ist ebenso wie der Aktuator 7 im Zylinderkopf oder Zylinderkopfdeckel gelagert, nämlich in einer nicht gezeigten Längsnut, in welcher derselbe bei der Verschiebung des Schiebenockens 3 axial verschiebbar angeordnet ist.
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Der Arretierschieber 10 verfügt über zwei langlochartige Ausnehmungen 12. Diese langlochartigen Ausnehmungen 12 verfügen, in Axialrichtung des Schiebenockens 3 bzw. in Axialrichtung der Nockenwelle 1 gesehen, über eine größere Abmessung als in Umfangsrichtung des Schiebenockens 3 bzw. als in Umfangsrichtung der Nockenwelle 1 gesehen. Die Abmessungen der langlochartigen Ausnehmungen 12 in Umfangsrichtung des Schiebenockens 3 bzw. der Nockenwelle 1 gesehen sind demnach kleiner als die Abmessungen der langlochartigen Ausnehmungen 12 in Axialrichtung gesehen.
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Die beiden langlochartigen Ausnehmungen 12 des Arretierschiebers 10 sind über einen Durchbruch 13 miteinander verbunden. Eine Abmessung des Durchbruchs 13 in Umfangsrichtung des Schiebenockens 3 bzw. als in Umfangsrichtung der Nockenwelle 1 gesehen ist kleiner ist als die entsprechende Abmessung der langlochartigen Ausnehmungen 12 in Umfangsrichtung des Schiebenockens 3 bzw. als in Umfangsrichtung der Nockenwelle 1 gesehen.
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Wie bereits ausgeführt, taucht zur axialen Verschiebung des Schiebenockens 3 relativ zur Nockenwelle 1 einer der beiden betätigbaren Stifte 8 des Aktuators 7 in eine Nut 9 des Kulissenabschnitts 4 des Schiebenockens 3 ein. Dies ist in 3 gezeigt.
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Um nach einer axialen Verschiebung des jeweiligen Schiebenockens 3 denselben auf der Nockenwelle 1 zu fixieren, wirkt der jeweilige Aktuator 7 über seine betätigbaren Stifte 8 mit dem auf dem jeweiligen Schiebenocken 3 fixierten Arretierschieber 10 zusammen.
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So verfügt jeder der beiden Stifte 8 des Aktuators 7 über einen radial inneren Abschnitt 14 mit einem relativ großen Durchmesser und einen radial äußeren Abschnitt 15 mit einem relativ kleinen Durchmesser. Der Durchmesser des radial inneren Abschnitts 14 des jeweiligen Stifts 8 ist größer als die Abmessung des Durchbruchs 13 in Umfangsrichtung des Schiebenockens 3 bzw. als in Umfangsrichtung der Nockenwelle 1 gesehen. Der Durchmesser des radial äußeren Abschnitts 15 des jeweiligen Stifts 8 ist kleiner als die Abmessung des Durchbruchs 13 in Umfangsrichtung des Schiebenockens 3 bzw. als in Umfangsrichtung der Nockenwelle 1 gesehen.
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Dann, wenn ein Stift 8 des Aktuators 7 betätigt und ausgefahren und damit in eine Nut 9 des Kulissenabschnitts 4 eingefahren ist, ist der radial innere Abschnitt 14 des jeweiligen Stifts 8 nach radial innen verlagert, aus der jeweiligen langlochartigen Ausnehmung 12 des Arretierschiebers 10 heraus bewegt und in die Nut 9 des Kulissenabschnitts 4 eingeführt.
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Dann, wenn beide Stifte 8 des Aktuators 7 unbetätigt und in den Aktuator 7 nach radial außen eingefahren sind, rastieren die radial inneren Abschnitte 14 der Stifte 8 den Schiebenocken 3 auf der Nockenwelle 1 im Zusammenspiel mit dem Arretierschieber 10, nämlich derart, dass dann die radial inneren Abschnitte 14 aller Stifte 8 in mindestens einer der Ausnehmungen 12 des Arretierschiebers 10 eingefahren sind. So ist es möglich, dass dann, wenn beide betätigbaren Stifte 8 des Aktuators 7 eingefahren sind, die radial inneren Abschnitte 14 derselben entweder in ein und dieselbe langlochartige Ausnehmung 12 hineinragen, oder jeder der beiden radial inneren Abschnitte 14 der Stifte 8 in eine unterschiedliche der beiden langlochartigen Ausnehmungen 12 des Arretierschiebers 10 hineinragt. Da der Durchmesser der radial inneren Abschnitte 14 der Stifte 8 größer ist als die Umfangsabmessung des Durchbruchs 13, ist dann in diesem Fall keine axiale Verschiebung des Schiebenockens 3 relativ zur Nockenwelle 1 möglich, da die in die Ausnehmungen 12 des Arretierschiebers 10 eingreifenden, radial inneren Abschnitte 14 der Stifte 8 im Zusammenspiel mit dem Arretierschieber 10 die axiale Verschiebung des Schiebenockens 3 relativ zur Nockenwelle 1 blockieren.
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Dann, wenn einer der beiden Stifte 8 betätigt und ausgefahren und mit seinem radial inneren Abschnitt 14 aus der jeweiligen Ausnehmung 12 des Arretierschiebers 10 herausbewegt und in eine Nut 9 des Kulissenabschnitts 4 eingeführt ist, ist die axiale Verschiebung des Schiebenockens 3 relativ zur Nockenwelle 1 möglich. In diesem Fall ragt dann in die jeweilige Ausnehmung 12 des Arretierschiebers 10 der radial äußere Abschnitt 15 des ausgefahrenen Stifts 8 des Aktuators 7 hinein, wobei der Durchmesser dieses radial äußeren Abschnitts 15 des jeweiligen Stifts 8 kleiner ist als die Umfangsabmessung des Durchbruchs 13, so dass dann bei der Verschiebung des Schiebenockens 3 der Schiebenocken 3 zusammen mit dem auf demselben fixierten Arretierschieber 10 derart relativ zum Akuator 7 verlagert werden kann, dass der radial äußere Abschnitt 15 des ausgefahrenen Stifts 8 durch den Durchbruch 13 hindurch bewegt und demnach von einer Ausnehmung 12 in die andere Ausnehmung 12 des Arretierschiebers 10 überführt werden kann.
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Zum Fixieren der relativen Axialposition des Schiebenockens 3 auf der Nockenwelle 1 sind beide betätigbare Stifte 8 des Aktuators 7 eingefahren und greifen mit ihren radial inneren Abschnitten 14 in mindestens eine der Ausnehmungen 12 des auf dem Schiebenocken 3 fixierten Arretierschiebers 10 ein. Die radial inneren Abschnitte 14 der Stifte 8 sind dabei hinsichtlich ihres Durchmessers an die Umfangsabmessung der Ausnehmungen 12 des Arretierschiebers 10 angepasst, so dass sich die radial inneren Abschnitte 14 der Stifte 8 im eingefahrenen Zustand formschlüssig in die Ausnehmungen 12 des Arretierschiebers 10 einfügen.
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Dann, wenn beide betätigbaren Stifte 8 des Aktuators 7 eingefahren sind und mit ihren radial inneren Abschnitten 14 in mindestens eine der Ausnehmungen 12 eingreifen, ist der Schiebenocken 3 axial fixiert, wobei dann beide Stifte 8 mit ihren radial inneren Abschnitten 14 entweder in dieselbe Ausnehmung 12 oder in unterschiedliche Ausnehmungen 12 des Arretierstifts 10 hineinragen.
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Zum Schalten des Ventiltriebs bzw. zur Veränderung der Nockenkontur und damit zum Verschieben des Schiebenockens 3 relativ zur Nockenwelle 1 wird einer der betätigbaren Stifte 8 ausgefahren und mit seinem radial inneren Abschnitt 14 in eine Nut 9 des Kulissenabschnitts 4 hineinbewegt. Der radial innere Schnitt 15 dieses ausgefahrenen Stifts 8 hebt dann die axiale Arretierung des Schiebenockens 3 auf der Nockenwelle 1 auf, da derselbe durch den Durchbruch 13 des Arretierschiebers 10 hindurchbewegt werden kann, nämlich bei der axialen Verlagerung des Schiebenockens 3 und damit des Arretierschiebers 10 relativ zur Nockenwelle 1.
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Nach Erreichen der gewünschten Relativposition des Schiebenockens 3 auf der Nockenwelle 1 wird der zuvor ausgefahrene Stift 8 wieder eingefahren, so dass dann dessen radial innerer Abschnitt 14 wiederum in eine der beiden Ausnehmungen 12 hineinragt und dann die Relativposition des Schiebenockens 3 auf der Nockenwelle 1 fixiert.
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Die Abmessung der langlochartigen Ausnehmungen 12 in Umfangsrichtung der Nockenwelle 1 gesehen entspricht in etwa dem einfachen Durchmesser der radial inneren Abschnitte 14 der Stifte 8 des Aktuators 7.
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Die Abmessung der langlochartigen Ausnehmungen 12 in Axialrichtung der Nockenwelle 1 gesehen entspricht in etwa dem doppelten Durchmesser der radial inneren Abschnitte 14 der Stifte 8 des Aktuators 7.
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Der Ventiltrieb der Brennkraftmaschine kommt demnach zur axialen Fixierung des Schiebenockens 3 auf der Nockenwelle 1 ohne federbeaufschlagte Rastkugeln aus. Verschiebekräfte, die zur axialen Verschiebung des Schiebenockens 3 relativ zur Nockenwelle 1 benötigt werden, können so reduziert werden.
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Die axiale Fixierung und damit axiale Relativposition des Schiebenockens 3 auf der Nockenwelle 1 und damit des Kulissenabschnitts 4 zum Aktuator 7 bzw. der oder jeder Nut 9 des Kulissenabschnitts 4 zu den Stiften 8 des Aktuators 7 ist unempfindlich gegenüber Toleranzen, insbesondere dann, wenn für Nockenwelle, Schiebenocken und Zylinderkopf unterschiedliche Werkstoffe verwendet werden. Die Fertigungsgüte kann reduziert werden, wodurch Fertigungszeiten und Fertigungskosten reduziert werden können. Es können Schalldrehzahlen für den Ventiltrieb realisiert werden.
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Die zur Arretierung benutzten Baugruppen, nämlich die Stifte 8 des Aktuators 7 sowie der Arretierschieber 10, sind beide vorzugsweise im Zylinderkopf bzw. Zylinderkopfdeckel aufgenommen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 19611641 C1 [0002]
- DE 102007027979 A1 [0003]
