DE102012210212A1

DE102012210212A1 - Schiebenockensystem einer Hubkolbenbrennkraftmaschine mit X-förmig angeordneten Schiebenuten und Weichen

Info

Publication number: DE102012210212A1
Application number: DE102012210212A
Authority: DE
Inventors: Andreas Nendel
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2012-06-18
Filing date: 2012-06-18
Publication date: 2013-12-19
Anticipated expiration: 2032-06-19
Also published as: CN104395567A; WO2013189644A1; US20150184554A1; US9267395B2; EP2861838A1; DE102012210212B4

Abstract

Hubkolbenbrennkraftmaschine mit zumindest einer Nockenwelle mit zumindest einem Schiebenockenelement mit Schiebenocken und sich X-förmig kreuzenden Verschiebenuten (2 und 2a), wobei das Schiebenockenelement mit einer Innenverzahnung (4) auf einer Zahnwelle (5) drehfest aber axial verschiebbar angeordnet ist und wobei zwischen den Verschiebenuten (2 und 2a) ein Führungselement fixiert ist, das elastisch bewegliche Weichenzungen (10 und 10a) aufweist, die an einer im Kreuzungsbereich gelagerten Drehgelenkplatte (12) geführt sind, und mit einer Aktorvorrichtung mit zumindest einem aus einem Gehäuse heraus bewegbaren Aktorstift (9), wobei die Aktorvorrichtung an einem Bauteil eines Zylinderkopfes oder an dem Zylinderkopf der Hubkolbenbrennkraftmaschine befestigbar ist und der Aktorstift (9) nach seiner Herausbewegung mit zumindest einer Verschiebenut (2 oder 2a) des Schiebenockenelements in Verbindung tritt und wobei das Führungselement als C-förmig ausgeführte Feder (6) ausgebildet und zumindest mit seinen Enden an der Zahnwelle (5) fixiert ist.

Description

Gebiet der Erfindung
Hubkolbenbrennkraftmaschine mit zumindest einer Nockenwelle mit zumindest einem Schiebenockenelement mit Schiebenocken und sich X-förmig kreuzenden Verschiebenuten, wobei das Schiebenockenelement mit einer Innenverzahnung auf einer Zahnwelle drehfest aber axial verschiebbar angeordnet ist und wobei zwischen den Verschiebenuten ein Führungselement fixiert ist, das elastisch bewegliche Weichenzungen aufweist, die an einer im Kreuzungsbereich gelagerten Drehgelenkplatte geführt sind, und mit einer Aktorvorrichtung mit zumindest einem aus einem Gehäuse heraus bewegbaren Aktorstift, wobei die Aktorvorrichtung an einem Bauteil eines Zylinderkopfes oder an dem Zylinderkopf der Hubkolbenbrennkraftmaschine befestigbar ist und der Aktorstift nach seiner Herausbewegung mit zumindest einer Verschiebenut des Schiebenockenelements in Verbindung tritt.
Hintergrund der Erfindung
Ein derartiges Schiebenockensystem mit Führungselement ist aus der DE-10 2008 024 911 A1 bekannt. Bei diesem Schiebenockenelement ist das Führungselement als nahezu kreisförmiger Ring ausgebildet, der mit den Enden der Weichenzungen an einer Drehgelenkplatte angelenkt ist. Das Führungselement hat auf seiner der Drehgelenkplatte abgewandten Seite eine nach innen gerichtete Erweiterung, mit der es in einer Nut im Verschiebenockengrund eingesetzt ist.
Bei diesem Führungselement besteht das Problem, dass es sehr weit aufgeweitet werden muss, um mit den freien Enden der Weichenzungen über die Nut oder den Grundkreis der Verschiebenuten geschoben werden zu können, so dass eine plastische Verformung des Führungselements zu befürchten ist. Des Weiteren ist das Führungselement nur auf einem kleinen Teil des Innenumfangs in der Nut im Schiebenutengrund eingesetzt, so dass die freien Weichenzungen sehr lang ausgeführt sind, wodurch die Führungskraft beim Verschieben der Schiebenockenelemente reduziert ist. Selbst wenn die Enden der Weichenzungen sich an den Flanken des X-förmigen Kreuzungsbereichs abstützen, besteht die Gefahr, dass diese sich auf der freien Strecke vor dieser Abstützung unzulässig verbiegen.
Aufgabe der Erfindung
Aufgabe der Erfindung ist es daher, das Schiebenockenelement und das Führungselement so auszubilden und zu verbessern, dass die beschriebenen Nachteile vermieden werden und eine dauerhafte Verschiebung der Schiebenockenelemente über die Schiebenuten bzw. die Weichenzungen möglich ist, ohne dass die exakte Verschiebung der Schiebeelemente gefährdet ist und das Führungselement oder die Weichenzungen Schaden nehmen. Dies soll mit einfachen kostengünstigen Mitteln erfolgen.
Zusammenfassung der Erfindung
Die Aufgabe der Erfindung wird dadurch gelöst, dass das Führungselement als C-förmig ausgeführte Feder ausgebildet und zumindest mit seinen Enden an der Zahnwelle fixiert ist. Durch diese Ausgestaltung des Führungselements wird erreicht, dass die C-förmig ausgeführte Feder überhaupt nicht aufgebogen werden muss, um an der Zahnwelle fixiert zu werden. Die C-förmig ausgeführte Feder, die im Weiteren auch C-Feder genannt wird, wird in einen Einschnitt im Verschiebenutengrund zwischen den Verschiebenuten eingeschoben, so dass die C-Feder nach Aufschieben des Schiebenockenelements auf die Zahnwelle über die an den Enden angebrachten Innenzähne an der C-Feder gehalten wird. Die C-Feder ist daher unabhängig von dem Schiebenockenelement an der Zahnwelle fixiert. Der Einschnitt in den Verschiebenutengrund des Schiebenockenelements ist dabei im Wesentlichen bis zur Achse des Schiebenockenelements beziehungsweise der Mitte der Zahnwelle eingearbeitet, so dass die C-Feder, die etwa einen Winkel von 180° umfasst, an ihrer gesamten Innenfläche mit Innenzähnen versehen ist.
Weiterhin wird vorgeschlagen, dass die C-Feder einen inneren geschlossenen Bogen und einen äußeren zur Bildung der Weichenzungen unterbrochenen Bogen aufweist. Dadurch erhält die C-förmige Feder einen sicheren Halt in dem Einschnitt, weil der innere Bogen im Einschnitt angeordnet ist. Durch den umlaufenden inneren Bogen ist es möglich, die Weichenzungen an einer beliebigen Stelle an dem inneren Bogen festzulegen und so die Federsteifigkeit und die Elastizität der Weichenzungen beliebig einzustellen.
Die Unterbrechung im äußeren Bogen bzw. der Abstand zwischen den Enden der Weichenzungen kann durch einen radialen Trennschnitt erfolgen, wobei sich die Enden der Weichenzungen an den Außenflanken der Verschiebenuten im Kreuzungsbereich anlehnen können. Um dies übergangslos zu gestalten, weisen die freien Enden der Weichenzungen seitliche Fasen auf.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung wird vorgeschlagen, dass der Einschnitt in Richtung Kreuzungsbereich beidseits desselben sich erweitert. Diese Erweiterung kann in Umfangsrichtung gesehen vom Anfang des Einschnitts her erfolgen, er kann aber auch später einsetzen. Die Flanken der Erweiterung sind dem Auslenkweg der Weichenzungen angepasst, so dass die Weichenzungen in Richtung zum Kreuzungsbereich eine stetige Abstützung erfahren, hohe Kräfte aufnehmen können und entlang des Weges eine exakte Führung für den Aktorstift sicherstellen. Dadurch erhöht sich die Dauerfestigkeit erheblich. Auch die Steifigkeit der Abstützung des Aktorstiftes wird deutlich verbessert. Schließlich kann das Führungselement und insbesondere die Weichenzungen auch dünner ausgeführt werden, so dass auch dadurch ihre Haltbarkeit steigt. Sind insbesondere die Weichenzungen hinreichend dünn, so können die seitlichen Phasen an den freien Enden der Weichenzungen entfallen.
Werden, wie weiterhin vorgeschlagen, die Erweiterungen vom Verschiebenutengrund radial bis zur Innenverzahnung des Schiebenockenelements schräg sich verengend oder rechtwinklig zur Zahnwellenachse eingearbeitet, so ist der innere Bogen der C-Feder ebenfalls entlang der Erweiterungen elastisch geführt, so dass der Übergang zwischen dem inneren Bogen und den Weichenzungen geringer belastet ist und damit die Biegewechselsteifigkeit verbessert wird.
Die Weichenzungen können monostabil ausgeführt sein, sodass sie sich nach Passage des Aktorstiftes durch den Kreuzungsbereich wieder in die Mitte der X-förmigen Kreuzung der Verschiebenuten einstellen.
Die Weichenzungen können aber auch bistabil ausgeführt sein, sodass sie nach Passage des Aktorstiftes in dieser verschwenkten Lage verbleiben und vorzugsweise mit ihren Enden an den Flanken der Verschiebenuten anliegen. Die Bistabilität kann durch geeignete Formgebung der Weichenzungen, z. B. durch Sicken oder Einprägungen, durch mehrlagige Werkstoffe oder durch eine tangentiale Vorspannung der Weichenzungen insbesondere der Vorsprünge in Richtung zur Drehgelenkplatte erfolgen. Die Vorsprünge stützen sich in den Öffnungen der Drehgelenkplatte ab, sodass die Druckkraft auf die Öffnungen ein Verdrehen der Drehgelenkplatte und damit eine Auslenkung der Weichenzungen aus der monostabilen in bistabile Lagen bewirkt.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Zur weiteren Erläuterung der Erfindung wird auf die Zeichnungen verwiesen, in denen Ausführungsbeispiele der Erfindung vereinfacht dargestellt sind.
Es zeigen:
1: eine perspektivische Ansicht eines Schiebenutenbereichs eines Schiebenockenelements mit Aktorstift,
2: einen Schnitt durch eine C-förmige Feder und eine Drehgelenkplatte,
3: einen Schnitt entsprechend 2, bei der die C-Feder in einen Einschnitt eines Schiebenockenelements eingesetzt ist,
4: eine skizzierte Draufsicht auf die Enden der Weichenzungen mit Drehgelenkplatte und modifizierter Übersetzung,
5: eine Seitenansicht eines Schiebenutenbereichs mit Erweiterungen am Einschnitt,
6: einen Schnitt durch den Schiebenockenbereich eines Schiebenockenelements entsprechend 5,
7: eine Seitenansicht ähnlich 5 in einer anderen Drehstellung,
8: einen Schnitt durch den Schiebenockenbereich nach 7,
9: eine Seitenansicht eines Schiebenockenbereichs eines Schiebenockenelements mit Erweiterungen im Einschnitt,
10: eine Ansicht eines Drehgelenkeinsatzes,
11: eine Draufsicht auf den Kreuzungsbereich eines Schiebenockenelements und
12: eine Draufsicht auf die Drehgelenköffnung gemäß 11 mit Drehgelenkplatte.
Detaillierte Beschreibung der Zeichnungen
In den 1 und 12 ist, soweit im Einzelnen dargestellt, mit 1 allgemein ein Verschiebenutenbereich bezeichnet, in der zwei sich X-förmig kreuzende Verschiebenuten 2 und 2a eingearbeitet sind. Der Verschiebenutenbereich 1 kann als getrennte Kulissenscheibe ausgeführt sein, der mit dem Schiebenockenelement verbunden ist, er kann aber auch mit dem Schiebenockenelement eine Einheit bilden, so dass die Schiebenocken und der Schiebenutenbereich nebeneinander angeordnet sind.
In dem Verschiebenutenbereich 1, und zwar in dem Verschiebenutengrund der Verschiebenuten 2 und 2a, ist ein Einschnitt 3 eingearbeitet, der, wie insbesondere 3 zu entnehmen ist, bis zur Mittelachse des Schiebenockenelements reicht. Das Schiebenockenelement weist an der inneren Öffnung eine Innenverzahnung 4 auf, die zu einer Zahnwelle 5 passt. In dem Einschnitt 3 gemäß 3 ist eine C-förmige Feder 6, auch C-Feder genannt, eingesetzt. Die C-Feder 6 hat Innenzähne 7, die der Innenverzahnung 4 an dem Schiebenockenelement entsprechen und ebenfalls in die Zahnwelle 5 eingreifen, sodass eine größere Anzahl von Innenzähnen 7 für eine radiale Verklammerung der C-Feder an der Zahnwelle 5 sorgen. Die C-Feder 6 weist einen inneren Bogen 8 auf, der geschlossen ausgeführt ist, und einen äußeren unterbrochenen Bogen 9, der Weichenzungen 10 und 10a bildet, die an den Enden des inneren Bogens 8 angebracht sind und an ihren freien Enden Fasen 14, 14a zur besseren Anlage an die Flanken der Verschiebenuten 2, 2a im Kreuzungsbereich aufweisen.
Der innere Bogen 8 ragt so weit in den Einschnitt 3 hinein, dass er im Einschnitt axial zur Achse des Schiebenockenelements geführt ist. Die Weichenzungen 10 und 10a haben im Bereich ihrer Enden nach innen gerichtete Vorsprünge 11 und 11a, die in Öffnungen einer Drehgelenkplatte 12 passen, so dass die beiden Weichenzungen 10 und 10a über die Drehgelenkplatte 12 gegeneinander geführt sind. Die Drehgelenkplatte 12 ist, wie den 1 bis 3 zu entnehmen ist, in einer Ausnehmung im Verschiebenutengrund im Kreuzungsbereich der Verschiebenuten 2 und 2 eingelassen und dort geführt.
Bewegt sich nun, wie in 1 dargestellt, ein Aktorstift 9 in einer der Verschiebenuten 2 oder 2a und nähert sich dem Kreuzungsbereich, so wird eine der Weichenzungen 10 oder 10a verschoben und die andere Weichenzunge über die Drehgelenkplatte 12 in die andere Richtung verschwenkt, so dass der Aktorstift 9 geführt durch die Weichenzungen 10 und 10a von der einen in die andere Verschiebenut wechseln kann.
Wie insbesondere 4 zu entnehmen ist, kann das Übersetzungsverhältnis der Öffnungen in der Drehgelenkplatte 12 variiert werden, um Abweichungen in der Bewegung der Enden der Weichenzungen 10 und 10a auszugleichen, die durch Passungen in der Übertragung der Bewegung von einer Weichenzunge auf die andere Weichenzunge entstehen können.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung wird vorgeschlagen, dass der Einschnitt 3 in Richtung Kreuzungsbereich beidseits desselben sich erweitert, wobei die Erweiterungen 15 und 15a am Beginn des Einschnitts 3, aber auch in Umfangsrichtung gesehen, später beginnen können. Die Weichenzungen 10 und 10a sind so angeordnet, dass sie in die Erweiterungen 15, 15a radial hineinragen, so dass sie entsprechend der Form der Flanken der Erweiterungen 15, 15a eine sukzessive Abstützung in den Erweiterungen erfahren. Dadurch wird die Stützkraft der Weichenzungen 10, 10a gegenüber dem Aktorstift 9 wesentlich verbessert, wobei die Flanken der Erweiterungen 15, 15a so ausgeführt sind, dass eine stetige ruckfreie Abstützung der Weichenzungen 10, 10a bis zu ihrer Abstützung am Ende an den Flanken der Schiebenuten 2, 2a erfolgt. Es würde ausreichen, die Erweiterungen nur radial außen im Bereich der Weichenzungen anzubringen, da es auf die Abstützung der Weichenzungen 10, 10a ankommt. Die Erweiterungen können aber auch so von außen nach radial innen angebracht sein, dass sie rechtwinklig zur Achse des Schiebenockenelements ausgeführt sind. Sie können aber auch, wie in den 6 und 8 dargestellt, schräg nach innen sich verengend ausgeführt sein, so dass sich keilförmig ausgeführte Flanken an den Erweiterungen 15, 15a ergeben. Dadurch entsteht auch im Bereich des inneren Bogens 8 seitliches Spiel in dem Einschnitt 3, so dass ein Biegeweg am inneren Bogen 8 entsteht und damit die Elastizität der Weichenzungen 10 und 10a erhöht wird.
Da durch die Erweiterungen 15, 15a des Einschnitts 3 im Kreuzungsbereich eine tiefere Aussparung entsteht, wird dort ein Drehgelenkeinsatz 13 eingesetzt, der eine Führung einer radial nach außen auf dem Drehgelenkeinsatz 13 aufliegenden Drehgelenkplatte 12a bewirkt. Der Drehgelenkeinsatz 13 kann entfallen, wenn die V-Schlitzbreite der Erweiterungen 15, 15a sich so sehr verjüngt, dass für die Drehgelenkplatte eine hinreichende Abstützung möglich ist.
Bezugszeichenliste

1: Schiebenutenbereich
2, 2a: Verschiebenuten
3: Einschnitt
4: Innenverzahnung
5: Zahnwelle
6: C-Feder
7: Innenzähne
8: innerer Bogen
9: Aktorstift
10, 10a: Weichenzungen
11, 11a: Vorsprünge
12, 12a: Drehgelenkplatten
13: Drehgelenkeinsatz
14, 14a: Fasen
15, 15a: Erweiterungen

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102008024911 A1 [0002]

Claims

Hubkolbenbrennkraftmaschine mit zumindest einer Nockenwelle mit zumindest einem Schiebenockenelement mit Schiebenocken und sich X-förmig kreuzenden Verschiebenuten (2 und 2a), wobei das Schiebenockenelement mit einer Innenverzahnung (4) auf einer Zahnwelle (5) drehfest aber axial verschiebbar angeordnet ist und wobei zwischen den Verschiebenuten (2 und 2a) ein Führungselement fixiert ist, das elastisch bewegliche Weichenzungen (10 und 10a) aufweist, die an einer im Kreuzungsbereich gelagerten Drehgelenkplatte (12) geführt sind, und mit einer Aktorvorrichtung mit zumindest einem aus einem Gehäuse heraus bewegbaren Aktorstift (9), wobei die Aktorvorrichtung an einem Bauteil eines Zylinderkopfes oder an dem Zylinderkopf der Hubkolbenbrennkraftmaschine befestigbar ist und der Aktorstift (9) nach seiner Herausbewegung mit zumindest einer Verschiebenut (2 oder 2a) des Schiebenockenelements in Verbindung tritt, dadurch gekennzeichnet, dass das Führungselement als C-förmig ausgeführte Feder (6) ausgebildet und zumindest mit seinen Enden an der Zahnwelle (5) fixiert ist.
Hubkolbenbrennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass im Verschiebenutengrund zwischen den Verschiebenuten (2 und 2a) ein Einschnitt (3) eingearbeitet ist, der im Wesentlichen bis zur Mitte des Schiebenockenelements oder der Zahnwelle (5) reicht.
Hubkolbenbrennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die C-förmige Feder (6) zumindest an ihren Enden Innenzähne (7) aufweist, die in die Zähne der Zahnwelle (5) eingreifen.
Hubkolbenbrennkraftmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die C-Feder (6) einen inneren geschlossenen Bogen (8) und einen äußeren zur Bildung der Weichenzungen (10 und 10a) unterbrochenen Bogen (9) aufweist.
Hubkolbenbrennkraftmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der innere Bogen (8) in den Einschnitt (3) hineinragt und dort in Achsrichtung des Schiebenockenelements geführt ist.
Hubkolbenbrennkraftmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Einschnitt (3) in Richtung zum Kreuzungsbereich beidseits desselben sich erweitert und dass die Weichenzungen (10 und 10a) zumindest teilweise in die Erweiterungen (15 und 15a) radial hineinragen.
Hubkolbenbrennkraftmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Flanken der Erweiterungen (15 und 15a) entlang des Auslenkweg der Weichenzungen (10 und 10a) so ausgeführt sind, dass eine ruckfreie Abstützung der Weichenzungen (10 und 10a) am Aktorstift (9) gewährleistet ist.
Hubkolbenbrennkraftmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Weichenzungen (10 und 10a) mittels Ihrer Formgebung oder Werkstoffwahl oder ihrer Abstützung, insbesondere an der Drehgelenkplatte (12 oder 12a), bistabil ausgeführt sind und in ihren Ruhelagen an den Flanken der Verschiebenuten (2 und 2a) im Kreuzungsbereich vorzugsweise anliegen.
Hubkolbenbrennkraftmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Übersetzungsverhältnis der Weichenzungen (10 und 10a) an der Drehgelenkplatte (12 oder 12a) unterschiedlich ausgeführt ist.