DE102014109243B3

DE102014109243B3 - Ventiltrieb mit einem Schiebenockenelement

Info

Publication number: DE102014109243B3
Application number: DE102014109243.0A
Authority: DE
Inventors: Ulf Müller
Original assignee: ThyssenKrupp Presta TecCenter AG
Current assignee: Thyssenkrupp Dynamic Components Teccenter AG
Priority date: 2014-07-02
Filing date: 2014-07-02
Publication date: 2015-11-12
Anticipated expiration: 2034-07-03
Also published as: EP3164580A1; WO2016001274A1; US20170138231A1; EP3164580B1; CN106471223A; US10711664B2; CN106471223B

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Ventiltrieb (1) mit einem Schiebenockenelement (10), das auf einer Trägerwelle (11) in einer Rotationsachse (12) der Trägerwelle (11) axial verschieblich aufgenommen ist und das wenigstens eine Nockenprofilgruppe (13) mit voneinander unterschiedlich ausgebildeten Nockenprofilabschnitten (14) aufweist, und mit einem Abgriffselement (15), über das eine Steuerbewegung von den Nockenprofilabschnitten (14) abgreifbar und auf ein Ventil (16) übertragbar ist, und wobei am Schiebenockenelement (10) wenigstens zwei zueinander gleiche Nockenprofilgruppen (13) ausgebildet sind. Erfindungsgemäß wirken die Nockenprofilgruppen (13) zur gemeinsamen Steuerung des einen Ventils (16) mit einem einzigen Abgriffselement (15) zusammen.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Ventiltrieb mit einem Schiebenockenelement, das auf einer Trägerwelle in einer Rotationsachse der Trägerwelle axial verschieblich aufgenommen ist und das wenigstens eine Nockenprofilgruppe mit voneinander unterschiedlich ausgebildeten Nockenprofilabschnitten aufweist und mit einem Abgriffselement, über das eine Steuerbewegung von den Nockenprofilabschnitten abgreifbar und auf ein Ventil übertragbar ist, und wobei am Schiebenockenelement wenigstens zwei zueinander gleiche Nockenprofilgruppen ausgebildet sind.
STAND DER TECHNIK
Die DE 10 2007 010 155 A1 zeigt einen Ventiltrieb mit einem Schiebenockenelement in Anordnung auf einer Trägerwelle und das Schiebenockenelement kann in der Rotationsachse der Trägerwelle axial verschoben werden. Auf dem Schiebenockenelement ist eine Nockenprofilgruppe aufgebracht, die unterschiedliche Nockenprofilabschnitte aufweist. Abhängig von der Axialposition des Schiebenockenelementes kann ein Abgriffselement, dargestellt als Rollenschlepphebel, mit unterschiedlich konturierten Nockenprofilabschnitten der Nockenprofilgruppe zusammenwirken, sodass das Ventil in Abhängigkeit des gewählten Nockenprofilabschnittes betätigt wird. Beispielsweise können die Nockenprofilabschnitte derart unterschiedlich konturiert sein, dass das Ventil verschieden große oder verschieden lange Öffnungshübe ausführen kann. Der Rollenschlepphebel weist eine Rolle auf, und auf der dem Ventil abgewandten Seite ist der Rollenschlepphebel über ein Ventilspielausgleichselement abgestützt.
Der Kontakt zwischen der Rolle des Rollenschlepphebels und dem Nockenprofilabschnitt erfordert aufgrund der Betätigungskräfte des Ventils eine Mindestbreite, und zwischen der Rolle und dem Nockenprofilabschnitt wird ein Linienkontakt gebildet, der damit eine Mindestlänge aufweisen muss. Wird die Rolle zu schmal gewählt, so werden die Hertzschen Pressungen auf der Oberfläche des Nockenprofilabschnittes zu groß, und es kann zum frühzeitigen Ermüdungs- oder Oberflächenverschleiß des Ventiltriebs kommen. Nachteilhafterweise muss das Schiebenockenelement dadurch mit einer Mindestbreite ausgeführt sein, die wenigstens bestimmt ist durch die erforderliche Breite der Nockenprofilabschnitte, sodass auch eine Mindest-Verschiebelänge des Schiebenockenelementes erforderlich wird, um den Nockenprofilabschnitt in Kontakt mit der Rolle zu wechseln. Durch ein breit ausgeführtes Verschiebeelement verlängern sich jedoch die Schaltzeiten zwischen verschiedenen Nockenprofilabschnitten in Wirkverbindung mit dem Abgriffselement, wobei grundsätzlich die Bestrebung besteht, einen Ventiltrieb zu schaffen, bei dem ein möglichst schneller Wechsel der Nockenprofilabschnitte in Kontakt mit dem Abgriffselement erfolgen kann. Insbesondere bei hohen Drehzahlen einer Brennkraftmaschine muss das Schiebenockenelement in sehr kurzen Zeiten axial zwischen wenigstens zwei Positionen bewegt werden, sodass eine schmal bauende Ausführung eines Schiebenockenelementes zielführend wäre.
Die DE 10 2007 010 155 A1 zeigt einen Ventiltrieb einer Brennkraftmaschine mit mindestens einer Nockenwelle, mindestens einem drehfest und axial verschiebbar auf der Nockenwelle geführten Nockenträger, der mindestens eine Nockenprofilgruppe mit mehreren unterschiedlichen Nockenprofilen aufweist, wobei eines der Nockenprofile als Grundkreisprofil ausgebildet ist, sowie einem Lager zur drehbaren Lagerung des Nockenträgers. Es wirkt jedoch nur ein Abgriffselement eines Ventils mit einer Nockenprofilgruppe zusammen, sodass sich lange Schaltzeiten aufgrund des großen Verstellweges des Nockenträgers ergeben. Insbesondere müssen die Nockenprofilgruppen aufgrund der erforderlichen Kontaktbreite zum Kontakt mit dem Abgriffselement entsprechend breit ausgebildet sein.
Die DE 41 42 197 A1 zeigt eine Kipphebelanordnung für einen Ventiltrieb mit variabler Ventilbetätigungszeit bei Brennkraftmaschinen, mit zwei unabhängig voneinander kippbaren Kipphebeln zur Betätigung mindestens eines Ventils, die unterschiedlich großen Nocken einer Nockenwelle zugeordnet sind. Zwischen den Kipphebeln ist eine Hydraulikeinrichtung eingerichtet, durch die unter Bildung eines hydraulischen Gestänges die Kipphebel zur Durchführung eines großen Nockenhubes verriegelbar sind.
Die DE 10 2007 020 128 A1 zeigt ein Abgriffselement mit zwei Rollen, die in Kontakt mit einem einzigen Nockenelement stehen. Die beiden beabstandet zueinander angeordneten Rollen bewirken dabei eine Führung einer Aufnahmewippe, die in einem Nockenfolger einliegt und die einen Kippausgleich des Nockenfolgers gegenüber dem Nockenelement ermöglicht.
OFFENBARUNG DER ERFINDUNG
Aufgabe der Erfindung ist die Weiterbildung eines Ventiltriebes mit einem Schiebenockenelement auf einer Trägerwelle, das in Rotationsachsenrichtung der Trägerwelle mit kurzen Schaltzeiten zwischen verschiedenen Axialpositionen verschoben werden kann. Insbesondere soll die Verschiebelänge in Rotationsachsenrichtung verkürzt werden, ohne dass ein frühzeitiger Verschleiß des Ventiltriebes eintritt.
Diese Aufgabe wird ausgehend von einem Ventiltrieb gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 in Verbindung mit den kennzeichnenden Merkmalen gelöst.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
Die Erfindung schließt die technische Lehre ein, dass die Nockenprofilgruppen zur gemeinsamen Steuerung des einen Ventils mit einem einzigen Abgriffselement zusammenwirken.
Die Erfindung geht dabei von dem Gedanken aus, eine erforderlich Kontaktbreite zwischen den Nockenprofilabschnitten einer Nockenprofilgruppe mit einem Abgriffselement in zwei Einzelbreiten aufzuteilen. Dadurch halbiert sich etwa die Breite der einzelnen Nockenprofilabschnitte der Nockenprofilgruppe, wobei der Kontakt zueinander gleicher Nockenprofilabschnitte mit einem einzigen Abgriffselement gleichzeitig erfolgt. Dadurch wird ein Zwillings-Schiebenockenelement gebildet, und die Verstellgeschwindigkeit des Schiebenockenelementes in Rotationsachsenrichtung wird aufgrund des verkürzten Weges erheblich erhöht. Dadurch kann die Umschaltung des Schiebenockenelementes auch bei höheren Drehzahlen der Nockenwelle erfolgen, da die Verschiebelänge des Schiebenockenelementes auf der Trägerwelle verkürzt wird.
Die paarweise ausgebildeten Nockenprofilabschnitte müssen dabei nicht zwingend die Hälfte der Breite aufweisen, die ein gewöhnlicher Nockenprofilabschnitt mit einem Einzel-Kontakt zwischen dem Nockenprofilabschnitt und einem Abgriffselement zur Steuerung eines Ventiles aufweist. Eine ungefähre Halbierung ist jedoch möglich, da damit die Breite der Nockenprofilgruppe etwa halbiert werden kann, während immer zwei einzelne Kontaktlinien zwischen dem Abgriffselement und dem Schiebenockenelement über getrennt voneinander angeordnete Nockenprofilabschnitte vorliegen, sodass die jeweils mit einem Kontakt übertragbaren Kräfte pro Nockenprofilabschnitt etwa halbiert werden. Über dem Linienkontakt zwischen dem Nockenprofilabschnitt und dem Abgriffselement entsteht dabei eine Linienlast, die etwa gleich ist zu einem konventionellen Abgriff durch ein Abgriffselement mit einer durchgehenden, einzigen Kontaktlinie. Ein weiterer Vorteil ergibt sich durch eine bessere Seitenkippstabilität aufgrund der doppelten Abstützung des Abgriffselementes auf dem Schiebenockenelement.
Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform kann das Abgriffselement wenigstens zwei Rollen aufweisen, wobei eine erste Rolle mit den Nockenprofilabschnitten einer ersten Nockenprofilgruppe zusammenwirkt und wobei eine zweite Rolle mit den Nockenprofilabschnitten einer zweiten Nockenprofilgruppe zusammenwirkt. Die Nockenprofilgruppen können dabei benachbart und angrenzend aneinander am Schiebenockenelement ausgebildet sein, sodass sich das Schiebenockenelement nicht unnötig verbreitert.
Die Rollen am Abgriffselement können in einer gemeinsamen Rollenachse aufgenommen sein und einen gleichen Durchmesser zueinander aufweisen. Beispielsweise kann das Abgriffselement als Schlepphebel, insbesondere als Rollen-Schlepphebel ausgeführt sein und die beiden Rollen können parallel zueinander auf einer gemeinsamen Achse gelagert sein.
Die Rollen können mit Nockenprofilabschnitten zusammenwirken, die eine zueinander gleiche Nockenkontur aufweisen, ferner kann zwischen den Rollen am Abgriffselement ein Zwischenraum ausgebildet sein, der so groß ist, dass dieser wenigstens der Breite eines Nockenprofilabschnittes oder zweier Nockenprofilabschnitte einer Nockenprofilgruppe entspricht. Weist die Nockenprofilgruppe beispielsweise drei unterschiedliche Nockenprofilabschnitte auf, so muss der Zwischenraum zwischen den Rollen zumindest so breit sein, dass zwei weitere vorübergehend nicht in Kontakt mit dem Abgriffselement stehende Nockenprofilabschnitte zwischen den Rollen einliegen können.
Die Nockenprofilabschnitte können einen gemeinsamen Nockengrundkreisabschnitt aufweisen, der insbesondere einen über der Breite des Schiebenockenelementes gleichen Durchmesser aufweist. Dadurch kann der Positionswechsel des Schiebenockenelementes in Rotationsachsenrichtung dann erfolgen, wenn das Abgriffselement auf dem Nockengrundkreisabschnitt abläuft, der vorzugsweise durchgehend und damit frei von Absätzen und Durchmessersprüngen ausgebildet ist.
Schließlich kann das Schiebenockenelement mit den zwei Nockenprofilgruppen einstückig ausgeführt sein, wobei die zwei Nockenprofilgruppen auch einen ersten Kontaktabschnitt mit einem ersten Abgriffselement bilden, und ein weiteres Paar an Nockenprofilgruppen kann auf dem gleichen Schiebenockenelement aufgebracht sein, das über ein weiteres Abgriffselement ein weiteres Ventil steuert. Dadurch vergrößert sich der erforderliche axiale Verschiebeweg in Rotationsachsenrichtung des Schiebenockenelementes nicht, da beide Abgriffselemente synchron mit ihrer jeweiligen paarweisen Nockenprofilgruppe zusammenwirken.
BEVORZUGTES AUSFÜHRUNGSBEISPIEL DER ERFINDUNG
Weitere, die Erfindung verbessernde Maßnahmen werden nachstehend gemeinsam mit der Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung anhand der Figuren näher dargestellt. Es zeigt:
1 eine Seitenansicht eines Ventiltriebes mit den Merkmalen der vorliegenden Erfindung,
2 eine perspektivische Ansicht des Ventiltriebes gemäß 1 und
3 eine weitere Seitenansicht des Ventiltriebes gemäß der 1 und 2.
In den 1, 2 und 3 ist der Ventiltrieb 1 mit den erfindungswesentlichen Merkmalen in zweiten Seitenansichten und in einer perspektivischen Ansicht gezeigt. Der Ventiltrieb 1 weist ein Schiebenockenelement 10 auf, das einteilig ausgeführt ist und auf einer Trägerwelle 11 in einer Rotationsachse 12 axial verschieblich aufgenommen ist. Die Trägerwelle 11 ist lediglich abschnittsweise gezeigt, und am Schiebenockenelement 10 können nicht näher gezeigte Mittel vorgesehen sein, um dieses in Rotationsachsenrichtung zu verschieben.
Am Schiebenockenelement 10 sind zwei zueinander gleich ausgebildete Nockenprofilgruppen 13 ausgebildet. Die Nockenprofilgruppen 13 weisen beispielhaft drei Nockenprofilabschnitte 14 auf, wobei ein Nockenprofilabschnitt 14 als Nullhubnocken und zwei weitere Nockenprofilabschnitte 14 mit unterschiedlichen Hubhöhen ausgeführt sind. Die Nockenprofilabschnitte 14 grenzen dabei in Axialrichtung aneinander an.
Mit den Nockenprofilgruppen 13 wirkt ein Abgriffselement 15 zusammen, das die Hubinformation der Nockenprofilgruppen 13 auf ein Ventil 16 überträgt. Das Ventil 16 ist ferner mit einer Ventilfeder 21 gezeigt, und auf der dem Ventil 16 gegenüberliegenden Seite des Abgriffselementes 15 befindet sich ein Stützelement 20, das als Ventilspielausgleichselement dienen kann und auf dem das Abgriffselement 15 abgestützt ist.
Das Abgriffselement 15 ist im gezeigten Ausführungsbeispiel als Rollenschlepphebel mit Rollen 17 ausgeführt, die in einer gemeinsamen Rollenachse 18 am Grundkörper des Abgriffselementes 15 aufgenommen sind. Die Rollen 17 sind mit einem Abstand zueinander am Abgriffselement 15 aufgenommen und der Abstand entspricht dabei dem Abstand von zwei gleich ausgeführten Nockenprofilabschnitten 14 aus den jeweiligen Nockenprofilgruppen 13 des Schiebenockenelementes 10. Damit entsteht ein Zwillingskontakt zwischen dem Abgriffselement 15 und dem Schiebenockenelement 10.
Die Nockenprofilabschnitte 14 der Nockenprofilgruppen 13 sind mit einer Breite B ausgeführt, die kleiner ist als eine erforderliche Breite von Nockenprofilabschnitten 14, wenn diese mit einer der beiden Rollen 17 den Abgriffskontakt zur Steuerung eines Ventils 16 bilden. Beispielsweise kann die Breite B der Nockenprofilabschnitte 14 etwa halb so groß sein wie eine Breite von Nockenprofilabschnitten, die einen Einzelkontakt mit einem Abgriffselement 15 bilden. Auch die Rollen 17 können eine Breite aufweisen, die etwa halb so groß ist, wie eine Breite, die erforderlich wäre, wenn nur eine Rolle 17 eines Abgriffselementes 15 in Kontakt mit einem Nockenprofilabschnitt 14 ist und eine Hubbewegung von diesem abgreift.
Zwar weist das Schiebenockenelement 10 eine Gesamtbreite auf, die im Wesentlichen genauso groß ist, wie eine Gesamtbreite eines Schiebenockenelementes 10 mit konventionell ausgebildeten Nockenprofilgruppen 13, jedoch fällt die erforderliche Axialverlagerung des Schiebenockenelementes 10 in Rotationsachsenrichtung kleiner aus, da die Nockenprofilabschnitte 14 schmaler sind und damit verringert sich auch der Weg in Rotationsachsenrichtung, um den das Schiebenockenelement 10 verlagert werden muss, um einen Wechsel des Abgriffs der Rollen 17 zwischen verschiedenen Nockenprofilabschnitten 14 vorzunehmen.
Die Betätigungskräfte des Abgriffselementes 15, die durch die Nockenprofile der Nockenprofilabschnitte 14 hervorgerufen werden, werden auf zueinander gleich ausgebildete Nockenprofilabschnitte 14 in Kontakt mit den beiden Rollen 17 zu gleichen Teilen aufgeteilt. Dadurch entsteht eine Linienlast in der Kontaktlinie zwischen den Rollen 17 und den Nockenprofilabschnitten 14, die genauso groß ist, als würde nur eine Rolle 17 breiter ausgeführt werden, und mit einem einzigen Nockenprofilabschnitt 14 einer individuellen Nockenkontur zusammenwirken.
Durch den kleineren Axialweg zur Verstellung des Schiebenockenelementes 10 kann ein Wechsel von Nockenprofilabschnitten 14 in Kontakt mit der Rolle 17 schneller erfolgen, wobei der Wechsel immer dann erfolgen muss, wenn die Rolle 17 mit dem Nockengrundkreisabschnitt 19 in Kontakt steht, der auf der den Nockenprofilgruppen 13 gegenüberliegenden Seite des Schiebenockenelementes 10 vorhanden ist. Somit kann das Schiebenockenelement 10 auch bei höheren Drehzahlen des Ventiltriebes 1 verstellt werden, beispielsweise oberhalb von 4000 1/min.
Die Erfindung beschränkt sich in ihrer Ausführung nicht auf das vorstehend angegebene bevorzugte Ausführungsbeispiel. Vielmehr ist eine Anzahl von Varianten denkbar, welche von der dargestellten Lösung auch bei grundsätzlich anders gearteten Ausführungen Gebrauch macht. Sämtliche aus den Ansprüchen, der Beschreibung oder den Zeichnungen hervorgehenden Merkmale und/oder Vorteile, einschließlich konstruktiver Einzelheiten oder räumlicher Anordnungen, können sowohl für sich als auch in den verschiedensten Kombinationen erfindungswesentlich sein.
Bezugszeichenliste

1: Ventiltrieb
10: Schiebenockenelement
11: Trägerwelle
12: Rotationsachse
13: Nockenprofilgruppe
14: Nockenprofilabschnitt
15: Abgriffselement
16: Ventil
17: Rolle
18: Rollenachse
19: Nockengrundkreisabschnitt
20: Stützelement
21: Ventilfeder
B: Breite

Claims

Ventiltrieb (1) mit einem Schiebenockenelement (10), das auf einer Trägerwelle (11) in einer Rotationsachse (12) der Trägerwelle (11) axial verschieblich aufgenommen ist und das wenigstens eine Nockenprofilgruppe (13) mit voneinander unterschiedlich ausgebildeten Nockenprofilabschnitten (14) aufweist, und mit einem Abgriffselement (15), über das eine Steuerbewegung von den Nockenprofilabschnitten (14) abgreifbar und auf ein Ventil (16) übertragbar ist, und wobei am Schiebenockenelement (10) wenigstens zwei zueinander gleiche Nockenprofilgruppen (13) ausgebildet sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Nockenprofilgruppen (13) zur gemeinsamen Steuerung des einen Ventils (16) mit dem einen einzigen Abgriffselement (15) zusammenwirken.
Ventiltrieb (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Abgriffselement (15) wenigstens zwei Rollen (17) aufweist, wobei eine erste Rolle (17) mit Nockenprofilabschnitten (14) einer ersten der Nockenprofilgruppen (13) zusammenwirkt und wobei eine zweite Rolle (17) mit Nockenprofilabschnitten (14) einer zweiten der Nockenprofilgruppen (13) zusammenwirkt.
Ventiltrieb (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Nockenprofilgruppen (13) benachbart und angrenzend aneinander am Schiebenockenelement (10) ausgebildet sind.
Ventiltrieb (1) nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Rollen (17) am Abgriffselement (15) in einer gemeinsamen Rollenachse (18) aufgenommen sind.
Ventiltrieb (1) nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Rollen (17) einen zueinander gleichen Durchmesser aufweisen.
Ventiltrieb (1) nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Rollen (17) mit Nockenprofilabschnitten (14) zusammenwirken, die eine zueinander gleiche Nockenkontur aufweisen.
Ventiltrieb (1) nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen den Rollen (17) am Abgriffselement (15) ein Zwischenraum ausgebildet ist, der so groß ist, dass dieser wenigstens der Breite (B) eines Nockenprofilabschnittes (14) oder von zwei Nockenprofilabschnitten (14) einer Nockenprofilgruppe (13) entspricht.
Ventiltrieb (1) nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Nockenprofilabschnitte (14) einen gemeinsamen Nockengrundkreisabschnitt (19) aufweisen.
Ventiltrieb (1) nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Abgriffselement (15) als ein Schlepphebel ausgebildet ist.
Ventiltrieb (1) nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Schiebenockenelement (10) mit den zwei Nockenprofilgruppen (13) einstückig ausgebildet ist.