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Die Erfindung betrifft einen Ventiltrieb einer Brennkraftmaschine, mit einer Nockenwelle, die eine Trägerwelle und ein darauf drehfest und axialverschiebbar angeordnetes Nockenstück umfasst, das zumindest eine Nockengruppe mit unterschiedlichen Nockenerhebungen und eine nutförmige Axialkulisse mit zwei sich kreuzenden Kulissenbahnen und einem deren Bahnverlauf vorgebenden Leitblech aufweist, und mit einem elektromagnetischen Aktuator, der einen in die Axialkulisse einkoppelbaren Betätigungsstift zum Verschieben des Nockenstücks in Richtung beider Kulissenbahnen umfasst. Das Leitblech ist gegen einen am Nutgrund der Axialkulisse umfänglich verlaufenden Schlitz axial abgestützt und schaltet nach Art einer Weiche im Kreuzungsbereich der Kulissenbahnen zwischen diesen um, so dass für den Betätigungsstift eine der Kulissenbahnen freigegeben und die andere Kulissenbahn gesperrt ist. Der in einem Ausfahrbereich der Kulissenbahnen ansteigende Nutgrund koppelt den Betätigungsstift aus der Axialkulisse aus.
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Hintergrund der Erfindung
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So genannte Schiebenocken-Ventiltriebe dienen der hubvariablen Gaswechselventilbetätigung von Brennkraftmaschinen. Die Hubvariabilität wird dabei durch die Nockenwelle erzeugt, die eine Trägerwelle und ein darauf drehfest und zwischen zwei oder mehr Axialpositionen verschiebbares Nockenstück mit benachbarten Nocken unterschiedlicher Erhebungen umfasst. Um das Nockenstück zu verschieben, wird ein Betätigungsstift in eine nutförmige Axialkulisse auf dem Nockenstück eingekoppelt, wodurch das Nockenstück während der gemeinsamen (erhebungsfreien) Nockengrundkreisphase in die nächste Axialposition gezwungen wird.
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Es sind diverse Axialkulissen bekannt, die sich in der konstruktiven Gestaltung ihrer beiden axial gegenläufigen Kulissenbahnen unterscheiden. Eine dieser Axialkulissen hat axial miteinander „verschmolzene“ Nuten und sich etwa umfangsmittig kreuzende Kulissenbahnen, die ein axial besonders kompakt bauendes Nockenstück ermöglichen: siehe beispielsweise
DE 10 2007 051 739 A1 und
DE 10 2008 054 254 A1 .
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Nachteilig daran ist, dass eine solche Axialkulisse zunächst nur äußere Nutwände hat, die nach dem Kreuzungsbereich der Kulissenbahnen nicht mehr zur Zwangsverschiebung des Nockenstücks beitragen. Wie in der
DE 10 2008 024 911 A1 vorgeschlagen, kann die Axialkulisse dennoch mit inneren Nutwänden in Form von elastisch verformbaren Leitblechen als weichenartig umschaltende Führungselemente für den Betätigungsstift ausgestattet werden.
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Aufgabe der Erfindung
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Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen gattungsgemäßen Ventiltrieb konstruktiv so zu verbessern, dass der Ventiltrieb eine verbesserte Robustheit aufweist, und zwar nicht nur hinsichtlich der Dauerfestigkeit des Leitblechs, sondern auch hinsichtlich einer Signalerzeugung des aus der Axialkulisse auskoppelnden Betätigungsstifts im Aktuator.
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Zusammenfassung der Erfindung
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Die Lösung dieser Aufgabe ergibt sich aus den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1. Demnach soll der Nutgrund in einem Bereich zwischen dem Kreuzungsbereich und dem Ausfahrbereich tiefer als im Kreuzungsbereich sein, wobei der eingekoppelte Betätigungsstift den Nutgrund vor dem und im Kreuzungsbereich kontaktiert und im Zwischenbereich beabstandet zum Nutgrund verläuft. Anders als im Stand der Technik hat also der Nutgrund der Axialkulisse in dem Umfangsbereich, in dem das Nockenstück axial verschoben wird, eine umfangsveränderliche Tiefe. Dadurch, dass der Betätigungsstift den Nutgrund bis zum Ende des Kreuzungsbereichs schleifend kontaktiert, ist der Höhenabstand und folglich der das Leitblech verformende Hebelarm der Abstützpunkte zwischen Betätigungsstift und Leitblech einerseits und zwischen Leitblech und Schlitz andererseits minimiert. Die Absenkung des Nutgrunds nach dem Kreuzungsbereich bewirkt, dass der Betätigungsstift nicht mehr gegen den Nutgrund, sondern gegen einen inneren Anschlag im Aktuator anschlägt. Der dort vorher existente Luftspalt ist somit eliminiert, so dass die Stärke des über diesen inneren Anschlag verlaufenden Magnetkreises maximiert ist. Folglich wird auch das Ausmaß der induzierten Aktuatorspannung zugunsten eines klaren und gut detektierbaren Rückwurfsignals des Betätigungsstifts maximiert, wenn der am Ende der Kulissenbahnen ansteigende Nutgrund den Betätigungsstift anhebt und vom inneren Anschlag trennt.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich auf der nachfolgenden Beschreibung und aus den Zeichnungen, in denen ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Schiebenocken-Ventiltriebs dargestellt ist. Sofern nicht anders erwähnt, sind dabei gleiche oder funktionsgleiche Merkmale oder Bauteile mit gleichen Bezugszahlen versehen. Es zeigen:
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1 einen Ausschnitt eines bekannten Schiebenocken-Ventiltriebs in Seitenansicht;
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2 eine bekannte Axialkulisse als Einzelteil in einer ersten Perspektive;
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3 die Axialkulisse gemäß 2 in einer zweiten Perspektive;
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4 die Axialkulisse gemäß 2 in einem Längsschnitt;
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5 das Tiefenprofil des Nutgrunds einer erfindungsgemäßen Axialkulisse mit darin eingekoppeltem Betätigungsstift als abgewickelter Längsschnitt durch die Axialkulisse;
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6 den zum Tiefenprofil gemäß 5 zugehörigen Bahnverlauf der beiden Kulissenbahnen als abgewickelte Draufsicht auf die Axialkulisse;
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7 eine gegenüber 5 konkretisierte Darstellung eines erfindungsgemäßen Aktuators im Längsschnitt.
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Detaillierte Beschreibung der Zeichnungen
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1 zeigt einen bekannten Schiebenocken-Ventiltrieb einer Brennkraftmaschine, dessen grundlegendes Funktionsprinzip sich dahingehend zusammenfassen lässt, dass eine konventionell starr ausgebildete Nockenwelle durch eine außenverzahnte Trägerwelle 1 und darauf mittels Innenverzahnung drehfest und längsverschiebbar angeordnete Nockenstücke 2 ersetzt ist. Jedes Nockenstück weist zwei Gruppen axial benachbarter Nocken 3 und 4 auf, deren unterschiedliche Hubverläufe mittels Schlepphebeln 5 auf Gaswechselventile 6 übertragen werden. Die zur betriebspunktabhängigen Aktivierung des jeweiligen Nockens erforderliche Verschiebung des Nockenstücks auf der Trägerwelle erfolgt über spiralförmige Axialkulissen, die entsprechend der Verschieberichtung als links- bzw. rechtsgängige Nuten 7 und 8 ausgebildet sind und in die, je nach momentaner Stellung des Nockenstücks, jeweils ein Betätigungsstift 9 eines elektromagnetischen Aktuators einkoppelt.
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Die 2 bis 4 zeigen in einer vom Nockenstück isolierten Darstellung eine ebenfalls bekannte Axialkulisse, bei der – geometrisch betrachtet – die beiden Kulissenbahnen 7 und 8 axial vollständig überlagert angeordnet sind und sich folglich in Umfangsmitte kreuzen. Die inneren Nutwände der Axialkulisse sind durch ein flexibles Leitblech 10 gebildet, das nach Art einer Weiche im Kreuzungsbereich der Kulissenbahnen zwischen diesen umschaltet. Das Leitblech hat zwei Zungen 11 und 12, deren Enden im Kreuzungsbereich an den beiden äußeren Nutwänden 13 und 14 anliegen und den Bahnverlauf der Kulissenbahnen vorgeben. Momentan ist die eine Kulissenbahn 8 für den Betätigungsstift 9 freigegeben und die andere Kulissenbahn 7 gesperrt. Die beiden Zungen sind im Kreuzungsbereich durch ein Drehgelenk 15 gekoppelt, das die wechselseitige Anlage der Zungen an den äußeren Nutwänden erzwingt, wobei der Anlagewechsel durch den relativ zur Axialkulisse verfahrenden Betätigungsstift selbst erzwungen wird: in (der stirnseitig eingezeichneten) Nockendrehrichtung verdrängt der Betätigungsstift die vor dem Kreuzungsbereich liegende Zunge 11 zur Nutwand 13 hin, und dazu entgegengerichtet klappt das Drehgelenk die hinter dem Kreuzungsbereich liegende Zunge 12 auf die gegenüberliegende Nutwand 14.
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Das Leitblech 10 ist in einem am Nutgrund 16 der Axialkulisse umfänglich verlaufenden Schlitz 17 aufgenommen, der die beiden Zungen 11, 12 axial abstützt. Der Schlitz und das Leitblech erstrecken sich radial bis zur Innenverzahnung 18 des Nockenstücks. Der Innenbogen des im wesentlichen C-förmigen Leitblechs ist mit der gleichen Innenverzahnung versehen und somit auf der Außenverzahnung der Trägerwelle 1 (siehe 1) radial formschlüssig gehaltert.
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In den 2 bis 4 befindet sich der Betätigungsstift 9 gemäß Nockendrehrichtung im Kreuzungsbereich hinter dem Kreuzungspunkt und belastet die Zunge 12 der sich in den Figuren momentan nach links verschiebenden Axialkulisse. Im Hinblick auf eine dabei möglichst hebelarmfreie Querkrafteinleitung in die Zunge bezüglich deren axialer Abstützung am Schlitz 17 ist es zweckmäßig, dass der Betätigungsstift den Nutgrund 16 kontaktiert – siehe 4. Jedoch würde ein Nutgrund, der im axialen Verschiebebereich eine konstante Tiefe aufweist, die Qualität eines elektrisch erzeugten Rückwurfsignals des nach der Verschiebung aus der Axialkulisse auskoppelnden Betätigungsstifts beeinträchtigen. Dies ist nachfolgend anhand der 5 und 6 erläutert, die schematisch die Axialkulisse mit darin eingekoppeltem Betätigungsstift zeigen.
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Aus der Zusammenschau der 5 und 6 wird deutlich, dass der Nutgrund 16 auch im axialen Verschiebebereich der beiden Kulissenbahnen 7, 8 ein sich über dem Nockenwellenwinkel °NW veränderliches Tiefenprofil aufweist und folgende Bereiche aufweist (siehe auch 3):
- – einen Einfahrbereich A, dessen Nutgrund von einem Hochkreis F ausgehend abfällt und in den der vom Aktuator gelöste Betätigungsstift 9 einkoppelt
- – einen Verschiebebereich B, in dem die sich am Betätigungsstift abstützenden Nutwände das Nockenstück verschieben
- – den Kreuzungsbereich C der sich etwa im Verschiebebereich B mittig kreuzenden Kulissenbahnen
- – einen Ausfahrbereich E, dessen Nutgrund auf den Hochkreis F ansteigt und der den Betätigungsstift aus der Axialkulisse auskoppelt
- – und am Ende des Verschiebebereichs B einen Zwischenbereich D, der zwischen dem Kreuzungsbereich C und dem Ausfahrbereich E verläuft und dessen Nutgrund tiefer als im Kreuzungsbereich C ist.
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Das Tiefenprofil des Nutgrunds 16 und ein innerhalb des Aktuators verlaufender Anschlag 19 für den Betätigungsstift 9 sind derart dimensioniert, dass der in die Axialkulisse eingekoppelte Betätigungsstift den Nutgrund stets kontaktiert und nicht am Anschlag im Aktuator anliegt – wie oben erläutert bewirkt dies eine möglichst kippmomentarme Belastung des Leitblechs 10 (siehe 4). Der Kontakt zum Nutgrund besteht jedoch nicht im Zwischenbereich D, dessen Nutgrund um soviel tiefer ist, dass dort der Betätigungsstift am Anschlag anliegt und beabstandet zum Nutgrund verläuft. Hierdurch wird die Qualität des beim Auskoppeln des Betätigungsstift erzeugten Rückwurfsignals signifikant verbessert, wie nachfolgend anhand der 7 erläutert.
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Die 7a bis 7d zeigen vier Stellungen des Betätigungsstifts 9 im Aktuator und relativ zum Nutgrund 16 der Axialkulisse. Der Aktuator weist einen den Betätigungsstift treibenden Magnetanker 20, einen den Anschlag 19 bildenden Polkern, eine zwischen dem Polkern 19 und dem Magnetanker eingespannte Rückstellfeder 21 und eine Magnetspule 22 auf.
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7a: im unbestromten Zustand der Magnetspule 22 befindet sich der Betätigungsstift 9 aufgrund der Rückstellfederkraft im ausgekoppelten Zustand.
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7b: im bestromten Zustand zieht die Magnetspule 22 den Magnetanker 20 entgegen der Rückstellfederkraft in Richtung des Polkerns 19 an und koppelt den Betätigungsstift 9 in die Axialkulisse ein. Da der Betätigungsstift zunächst den Nutgrund 16 kontaktiert, ist der Magnetanker durch einen Luftspalt 23 vom Polkern beabstandet.
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7c: der Betätigungsstift 9 befindet sich über dem Zwischenbereich D, dessen Nutgrundvertiefung einen Anschlagwechsel des Betätigungsstifts vom Nutgrund 16 zum Polkern 19 bewirkt. Der dabei eliminierte Luftspalt 23 stärkt den Magnetkreis 24 im Aktuator.
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7d: entspricht 7a. Zuvor hat der im Ausfahrbereich auf den Hochkreis F ansteigende Nutgrund 16 des Ausfahrbereichs E den Betätigungsstift 9 angehoben und dementsprechend den am Betätigungsstift befestigten Magnetanker 20 vom Polkern 19 gelöst. Die dabei induzierte Spannung in der Magnetspule 22 dient als deutlich detektierbares Rückwurfsignal des auskoppelnden Betätigungsstifts.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Trägerwelle
- 2
- Nockenstück
- 3
- Nocken
- 4
- Nocken
- 5
- Schlepphebel
- 6
- Gaswechselventil
- 7
- linksgängige Nut
- 8
- rechtsgängige Nut
- 9
- Betätigungsstift
- 10
- Leitblech
- 11
- Zunge
- 12
- Zunge
- 13
- äußere Nutwand
- 14
- äußere Nutwand
- 15
- Drehgelenk
- 16
- Nutgrund
- 17
- Schlitz
- 18
- Innenverzahnung
- 19
- Anschlag / Polkern
- 20
- Magnetanker
- 21
- Rückstellfeder
- 22
- Magnetspule
- 23
- Luftspalt
- 24
- Magnetkreis
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102007051739 A1 [0003]
- DE 102008054254 A1 [0003]
- DE 102008024911 A1 [0004]
- DE 102012210213 [0005]
- DE 102012210212 [0005]
