DE102013218181A1

DE102013218181A1 - Schiebenockensystem mit einem Kulissenstein

Info

Publication number: DE102013218181A1
Application number: DE201310218181
Authority: DE
Inventors: Harald Elendt
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2013-09-11
Filing date: 2013-09-11
Publication date: 2015-03-12

Abstract

Vorgeschlagen ist ein Schiebenockensystem mit zumindest einem Schiebenocken (16), der auf zumindest einer axial festgelegten Grundwelle (9) einer Hubkolbenbrennkraftmaschine zur Bildung einer Nockenwelle drehfest, aber axial verschiebbar angeordnet ist, mit zumindest einer Aktorvorrichtung (1) zur Verstellung des Schiebenockens (16) in unterschiedliche axiale Positionen mittels zumindest eines mit zumindest einer Verschiebenut (14) am Umfang des Schiebenockens (16) in Wirkverbindung stehenden Aktorstiftes (4), wobei die Aktorvorrichtung (1) ein maschinenfestes Gehäuse (3) aufweist und die Verschiebenut (14) in einem Umfangsabschnitt des Schiebenockens (16) angeordnet sind, und mit einer Vorrichtung zur Arretierung der Schiebenocken (16) in den unterschiedlichen axialen Positionen, wobei die Arretiervorrichtung zumindest einen mittels eines Federelements (21) belasteten Arretierkörper (20) aufweist, der mit je einer den axialen Positionen zugeordneten Arretierkerbe (19) in Wirkverbindung steht, wobei an dem dem Schiebenocken (16) zugewandten Bereich des Gehäuses (3) ein Kulissenstein (10) parallel zur Drehachse der Grundwelle (9) verschiebbar gelagert ist, wobei am Kulissenstein (10) ein Führungsstift (12) befestigt ist, der in der Verschiebenut (14) angeordnet ist, wobei die Verschiebenut (14) umlaufend ohne Unterbrechung ausgeführt ist und wobei am Kulissenstein (10) dem Aktorstift (4) zugewandt zumindest eine zum Aktorstift (4) passende Öffnung (17) eingearbeitet ist.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Schiebenockensystem mit zumindest einem Schiebenocken, der auf zumindest einer axial festgelegten Grundwelle einer Hubkolbenbrennkraftmaschine zur Bildung einer Nockenwelle drehfest, aber axial verschiebbar angeordnet ist, mit zumindest einer Aktorvorrichtung zur Verstellung des Schiebenockens in unterschiedliche axiale Positionen mittels zumindest eines mit zumindest einer Verschiebenut am Umfang des Schiebenockens in Wirkverbindung stehenden Aktorstiftes, wobei die Aktorvorrichtung ein maschinenfestes Gehäuse aufweist und die Verschiebenut in einem Umfangsabschnitt des Schiebenockens angeordnet ist, und mit einer Vorrichtung zur Arretierung des Schiebenockens in den unterschiedlichen axialen Positionen, wobei die Arretiervorrichtung zumindest einen mittels eines Federelements belasteten Arretierkörper aufweist, der mit je einer den axialen Positionen zugeordneten Arretierkerbe in Wirkverbindung steht.
Ein gattungsgemäßes Schiebenockensystem ist aus der EP 0 798 451 A1 bekannt. Das System weist eine Arretiervorrichtung auf, die einen in der Grundwelle angeordneten federbelasteten Arretierkörper beinhaltet, der mit Arretierkerben an dem Schiebenocken in Verbindung steht. Dies führt zu einer zumeist mehrfachen Schwächung der Grundwelle, weil üblicherweise die Hubkolbenbrennkraftmaschine mehrzylindrisch ausgebildet ist und deshalb auch mehrere Arretierkörper mit Bohrungen in der Grundwelle vorgesehen sind. Weiterhin ist die Herstellung der Arretierkerben teuer, da diese in den Innenmantel des Schiebenockens eingearbeitet werden müssen. Zur Verschiebung des Schiebenockens in drei axiale Positionen, passend zu drei unterschiedlichen Nockenscheiben auf dem Schiebenocken, sind vier Aktorstifte vorgesehen, die mit zwei Verschiebenuten in Wirkverbindung stehen, wobei die Verschiebenuten nur auf einem Teilumfang des Schiebenockens angeordnet sind, und eine Einlaufstrecke und eine Auswurframpe aufweisen. Die Herstellung derartiger Verschiebenuten ist aufwändig und teuer. Auch die Ansteuerung von vier Aktorstiften, vorzugsweise mittels elektromagnetischer Betätigungseinrichtungen ist sehr umfangreich und bedarf eines großen Bauraumes, der bei kleineren Motoren nicht zur Verfügung steht, sowie entsprechend aufwändige Ansteuerungen.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Schiebenockensystem zur Verfügung zu stellen, das trotz Eignung zum Verschieben eines Verschiebenockens in mehrere axiale Positionen passend zu unterschiedlichen Nockenscheiben, in der Lage ist, mit nur einem Aktorstift und einer elektromagnetischen Betätigungseinrichtung auszukommen. Darüber hinaus soll die Problematik des Ein- und Ausfahrens mehrerer Aktorstifte vermieden werden. Das System soll auch einfach in der Herstellung und kostengünstig sein.
Die Aufgabe der Erfindung wird dadurch gelöst, dass an dem dem Schiebenocken zugewandten Bereich des Gehäuses ein Kulissenstein parallel zur Drehachse der Grundwelle verschiebbar gelagert ist, dass am Kulissenstein ein Führungsstift befestigt ist, der in der Verschiebenut angeordnet ist, dass die Verschiebenut umlaufend ohne Unterbrechung ausgeführt ist und dass am Kulissenstein dem Aktorstift zugewandt zumindest eine zum Aktorstift passende Öffnung eingearbeitet ist. Bei dieser erfindungsgemäßen Ausgestaltung ist die Verschiebenut vorzugsweise als Doppel-S-Nut ausgeführt, die umlaufend ohne Einlaufstrecke und ohne Auswurframpe ausgebildet ist und einen solchen Verschiebeweg aufweist, dass der axiale Versatz um den Abstand von einem zu einem nächsten Nocken gegeben ist. Der Führungsstift ist dauerhaft in der Verschiebenut angeordnet, also dort eingefahren, so dass der Führungsstift und der Kulissenstein auch in Achsrichtung der Grundwelle der Verschiebenut folgen. Dies ist möglich, weil der Kulissenstein frei verschiebbar am Gehäuse gelagert ist. Da der Kulissenstein dem Aktorstift zugewandt zumindest eine Öffnung aufweist, kann der Aktorstift in diese Öffnung eingeschoben werden. Dann sind der Kulissenstein und der Führungsstift gegenüber dem Gehäuse festgelegt, so dass der Führungsstift eine Verschiebung des Schiebenockens bewirkt.
Ist die Verschiebung erfolgt, gibt die elektromagnetische Betätigungseinrichtung den Aktorstift frei, so dass eine Federeinheit den Aktorstift aus der Öffnung heraus bewegt und der Kulissenstein sich wieder im Gehäuse frei bewegen kann. Um die Reibung des Führungsstiftes in der Verschiebenut zu verringern, kann der Führungsstift drehbar gelagert sein, wobei dies vorzugsweise mittels einer Buchse erfolgt, die im Kulissenstein festgelegt ist.
Da der Kulissenstein dauerhaft der Verschiebenut in dem Schiebenocken folgt, und der Axialversatz der Verschiebenut dem Abstand zweier benachbarter Nocken entspricht, wird vorgeschlagen, dass in dem Kulissenstein mit entsprechendem Abstand eine weitere Öffnung für den Aktorstift vorgesehen, so dass der Aktorstift zu einem passenden Zeitpunkt in diese zweite Öffnung eingreifen kann und damit den Schiebenocken in eine dritte Position verschieben kann. Durch diese erfinderische Ausgestaltung ist es möglich, mit einem Aktorstift mit einer elektromagnetischen Betätigungseinrichtung, einem Kulissenstein und einem Führungsstift mittels zwei Öffnungen, den Schiebenocken in drei Positionen zu verschieben. Selbstverständlich können auch mehr als zwei Öffnungen im Kulissenstein angeordnet sein, um mehr als drei Positionen und mehr als drei Nockenscheiben anzusteuern.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung wird vorgeschlagen, dass die Verschiebenut in einem radial vorstehendem Nutabschnitt angeordnet ist, dass in einer parallel zu Drehachse der Grundwelle ausgerichteten Längsführung am Gehäuse ein Bügel gelagert ist, der den Nutabschnitt umgreift und dass der Kulissenstein am Bügel gelagert ist. Der Bügel übernimmt dabei die Führung des Kulissensteins mitsamt dem Führungsstift, der einen Längsschlitz in dem Bügel durchdringt und eine solche Länge aufweist, dass er nach der Durchdringung hinreichend tief in die Verschiebenut eingreift. Dadurch können sowohl der Bügel als auch der Kulissenstein sich unabhängig voneinander am Gehäuse bewegen. Der Bügel übernimmt dabei die Arretierung des Schiebenockens in den unterschiedlichen Positionen. Dazu hat der Bügel in Längsführungslaschen, die ihn am Gehäuse gleitend führen, Arretierkerben, die mit einem Arretierkörper und einem Federelement die Arretierung bilden. Der Arretierkörper und das Federelement sind im Gehäuse angeordnet. In vorteilhafter Weise weist der Bügel zwei Längsführungslaschen auf, die beide mit Arretierkerben und federbelasteten Arretierkörpern ausgerüstet sind.
Die Erfindung ist in den Zeichnungen beschrieben:
1 zeigt eine perspektivische Ansicht eines Teils einer direkt oder indirekt am Zylinderkopf einer Brennkraftmaschine befestigten Aktorvorrichtung;
2 zeigt einen Schnitt durch den in 1 dargestellten Teil der Aktorvorrichtung mit Schnitt durch einen Kulissenstein und einen Bügel;
3 zeigt einen Schnitt, um 90° verdreht zu dem Schnitt von 2, durch die Aktorvorrichtung und eine Arretiervorrichtung;
4 zeigt einen Schnitt durch die Aktorvorrichtung ähnlich 2 mit einem in eine Öffnung ausgefahrenen Aktorstift und
5 zeigt einen Schnitt ähnlich 4, bei dem der Aktorstift in eine zweite Öffnung eingefahren ist.
In den 1 bis 5 ist, soweit im Einzelnen dargestellt, nur der die Erfindung betreffende Teil einer mit 1 bezeichneten Aktorvorrichtung dargestellt, die Laschen 2 aufweist, mit denen sie an einem Zylinderkopf oder einem Bauteil eines Zylinderkopfes einer Hubkolbenbrennkraftmaschine befestigt ist. Die Aktorvorrichtung 1 weist ein Gehäuse 3 auf, in dem ein Aktorstift 4 verschiebbar geführt ist. Der Aktorstift 4 ist von einer nicht dargestellten elektromagnetischen Betätigungseinrichtung beherrscht und durch diese aus dem Gehäuse heraus bewegbar. Andererseits ist der Aktorstift 4 von einer Federeinheit 5 belastet, die ihn gegen die Verschiebebewegung der Betätigungseinrichtung in das Gehäuse 3 hinein zurückbewegt. Am äußeren Ende des Gehäuses 3 ist ein mit 6 bezeichneter Bügel angebaut, der mittels Längsführungslaschen 7 und 8 am Gehäuse 3 gleitend geführt ist, so dass sich der Bügel 6 nach korrektem Einbau der Aktorvorrichtung 1 in den Zylinderkopf parallel zu einer Grundwelle 9 bewegen kann, die axial fest aber drehbar an der Brennkraftmaschine befestigt ist. Der Bügel 6 hat eine U-förmige Aussparung, in der ein Kulissenstein 10 eingebaut ist, so dass sich der Kulissenstein 10 in gleicher Richtung wie der Bügel 6 an diesem und gegenüber dem Gehäuse 3 frei bewegen kann. Der Bügel 6 weist einen Längsschlitz 11 auf, durch den ein Führungsstift 12 ragt, der mittels einer Buchse 13 drehbar am Kulissenstein 10 befestigt ist. Der Führungsstift 12 weist eine solche Länge auf, dass er, wie in den 4 und 5 dargestellt, in eine Verschiebenut 14 eingreift. Die Verschiebenut 14 ist in einem Nutabschnitt 15 eingearbeitet, der entweder einstückig mit einem Schiebenocken 16 ausgebildet ist oder mit dem Schiebenocken 16 fest verbunden ist. Der Bügel 6 umgreift den Nutabschnitt 15, so dass er mit dem Nutabschnitt 15 und dem Schiebenocken 16 in die verschiedenen Positionen des Schiebenockens 16 hin und her bewegt wird. Der Führungsstift 12 und der Kulissenstein 10 werden entlang des Weges der Verschiebenut 14 unabhängig von dem Bügel 6 hin und her bewegt. In Verlängerung der Buchse 13 für den Führungsstift 12 ist in dem Kulissenstein 10 eine Öffnung 17 vorgesehen, die als Sacklochbohrung ausgeführt ist. Greift, wie in 4 dargestellt, der Aktorstift 4 in diese Öffnung 17 ein, so wird der Kulissenstein 10 über den Aktorstift 4 am maschinenfesten Gehäuse 3 abgestützt, so dass der Schiebenocken 16 sich entsprechend des Verschiebeweges der Verschiebenut 14 so lange bewegt, bis der Aktorstift 4 wieder aus der Öffnung 17 durch die Federeinheit 5 heraus bewegt wird, nachdem die elektromagnetische Betätigungseinrichtung deaktiviert ist. Neben der Öffnung 17 ist in dem Kulissenstein 10 eine weitere Öffnung 18, die ebenfalls als Sacklochbohrung ausgeführt ist, eingearbeitet, die einen solchen Abstand zu der Öffnung 17 aufweist, wie der Verschiebeweg der Verschiebenut 14 beträgt. Dadurch ist es möglich, dass, wie in 5 dargestellt, der Aktorstift 4 in die Öffnung 18 eingreift und dabei den Schiebenocken 16 in eine weitere Position auf der Grundwelle verschiebt.
Wie in 3 dargestellt, weisen die Längsführungslaschen 7 und 8 am Bügel 6, die sich an dem Gehäuse 3 abstützen, Arretierkerben 19 auf, die mit Arretierkörpern 20, die als Kugeln ausgebildet sind, in Wirkverbindung stehen. Die Arretierkörper 20 sind durch je ein Federelement 21 am Gehäuse 3 abgestützt, so dass der Schiebenocken 16 über den Nutabschnitt 15, die Wangen des Bügels 6 und die Arretiervorrichtung in der jeweiligen Position passend zu den Nockenscheiben fixiert ist. Die Arretiervorrichtung ist dabei so ausgebildet, dass sie auch die Reibung des Bügels 6 in dem Gehäuse 3 und des Kulissensteins 10 im Bügel 6 übernehmen kann.
Parallel zu dem Aktorstift 4 ist im Gehäuse 3 ein Hallsensor 22 eingebaut, dessen Sensorkopf die Position des Kulissensteines 10 ermittelt und an das Steuersystem zur Registrierung weiterleitet.
Bezugszeichenliste

1: Aktorvorrichtung
2: Laschen
3: Gehäuse
4: Aktorstift
5: Federeinheit
6: Bügel
7: Längsführungslasche
8: Längsführungslasche
9: Grundwelle
10: Kulissenstein
11: Längsschlitz
12: Führungsstift
13: Buchse
14: Verschiebenut
15: Nutabschnitt
16: Schiebenocken
17: Öffnung
18: Öffnung
19: Arretierkerben
20: Arretierkörper
21: Federelemente
22: Hallsensor

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

EP 0798451 A1 [0002]

Claims

Schiebenockensystem mit zumindest einem Schiebenocken (16), der auf zumindest einer axial festgelegten Grundwelle (9) einer Hubkolbenbrennkraftmaschine zur Bildung einer Nockenwelle drehfest, aber axial verschiebbar angeordnet ist, mit zumindest einer Aktorvorrichtung (1) zur Verstellung des Schiebenockens (16) in unterschiedliche axiale Positionen mittels zumindest eines mit zumindest einer Verschiebenut (14) am Umfang des Schiebenockens (16) in Wirkverbindung stehenden Aktorstiftes (4), wobei die Aktorvorrichtung (1) ein maschinenfestes Gehäuse (3) aufweist und die Verschiebenut (14) in einem Umfangsabschnitt des Schiebenockens (16) angeordnet ist, und mit einer Vorrichtung zur Arretierung des Schiebenockens (16) in den unterschiedlichen axialen Positionen, wobei die Arretiervorrichtung zumindest einen mittels eines Federelements (21) belasteten Arretierkörper (20) aufweist, der mit je einer den axialen Positionen zugeordneten Arretierkerbe (19) in Wirkverbindung steht, dadurch gekennzeichnet, dass an dem dem Schiebenocken (16) zugewandten Bereich des Gehäuses (3) ein Kulissenstein (10) parallel zur Drehachse der Grundwelle (9) verschiebbar gelagert ist, dass am Kulissenstein (10) ein Führungsstift (12) befestigt ist, der in der Verschiebenut (14) angeordnet ist, dass die Verschiebenut (14) umlaufend ohne Unterbrechung ausgeführt ist und dass am Kulissenstein (10) dem Aktorstift (4) zugewandt zumindest eine zum Aktorstift (4) passende Öffnung (17) eingearbeitet ist.
Schiebenockensystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass am Kulissenstein (10), dem Aktorstift (4) zugewandt, zumindest zwei zum Aktorstift (4) passende Öffnungen (17, 18) eingearbeitet sind, deren Abstand in Verschieberichtung des Kulissensteins (10) dem Schiebeweg der Verschiebenut (14) entspricht.
Schiebenockensystem nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Aktorstift (4) in Richtung zum Kulissenstein (10) mittels einer elektromagnetischen Betätigungseinrichtung und in Gegenrichtung mittels einer Federeinheit (5) verschiebbar ist.
Schiebenockensystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Führungsstift (12) unter Zwischenschaltung einer Buchse (13) oder direkt im Kulissenstein (10) drehbar gelagert ist.
Schiebenockensystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Verschiebenut (14) in einem radial vorstehenden Nutabschnitt (15) eingearbeitet ist, dass in einer parallel zur Drehachse der Grundwelle (9) ausgerichteten Längsführung am Gehäuse (4) ein Bügel (6) gelagert ist, der den Nutabschnitt (15) umgreift, und dass der Kulissenstein (10) am Bügel (6) gelagert ist.
Schiebenockensystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Bügel (6) einen Längsschlitz (11) aufweist, den der Führungsstift (12) durchdringt.
Schiebenockensystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Arretiervorrichtung im Gehäuse (3) der Aktorvorrichtung (1) angeordnet ist und dass die Arretierkerben (19) in Längsführungslaschen (7, 8) des Bügels (6) eingearbeitet sind.
Schiebenockensystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass etwa parallel zum Aktorstift (4) ein Hallsensor (22) angebaut ist, dessen Sensorkopf dem Kulissenstein (10) benachbart ausgerichtet ist.