DE102014217584A1

DE102014217584A1 - Ventiltriebvorrichtung sowie Schaltkulisse

Info

Publication number: DE102014217584A1
Application number: DE102014217584.4A
Authority: DE
Inventors: Alexander Busch; Murat Saral
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 2014-09-03
Filing date: 2014-09-03
Publication date: 2016-03-03
Also published as: WO2016034336A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Ventiltriebvorrichtung mit einer Nockenwelle mit mindestens zwei axial verschieblich auf einer Nockengrundwelle angeordneten Nockenstücken und einer Schaltkulisse (20) zum axialen Verschieben der Nockenstücke, wobei die Schaltkulisse (20) eine erste Kulissenbahn (22) mit zwei bei einem Schaltvorgang von einem Betätigungselement (15) sequentiell durchlaufbaren Bahnabschnitten (31, 32) aufweist, wobei das Durchlaufen des ersten Bahnabschnitts (31) eine axiale Verschiebung des ersten Nockenstücks in einer Vorwärtsrichtung (V) und das Durchlaufen des zweiten Bahnabschnitts (32) eine axiale Verschiebung des zweiten Nockenstücks in einer der Vorwärtsrichtung entgegengerichteten Rückwärtsrichtung (R) bewirkt.

Description

Die Erfindung betrifft eine Ventiltriebvorrichtung, insbesondere eines Kraftfahrzeugs, mit einer Nockenwelle mit mindestens zwei axial verschieblich auf einer Nockengrundwelle angeordneten Nockenstücken und einer Schaltkulisse zum axialen Verschieben der Nockenstücke, gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1. Ferner betrifft die Erfindung eine Schaltkulisse einer solchen Ventiltriebvorrichtung.
Bekannt sind variable Ventiltriebe in Brennkraftmaschinen, die durch axiales Verschieben von Nockenstücken mit Nocken unterschiedlicher Nockenkontur (bspw. Vollnocken, Halbnocken und/oder Nullnocken) sowohl die Abschaltung einzelner Zylinder als auch eine Ventilhubumschaltung realisieren können (sog. „Schiebenockensysteme“). Variable Ventiltriebe mit axial verschiebbaren Nockenstücken besitzen keine klassische einteilige Nockenwelle, sondern eine Zahnwelle als Nockengrundwelle, auf der zwei oder mehr Nockenstücke verschiebbar angeordnet sind. Die Drehmomentübertragung von der Nockenwelle auf die Nockenstücke erfolgt über die Verzahnung der Zahnwelle. Das Verschieben der Nockenstücke in Axialrichtung erfolgt mithilfe eines Aktuators, der ein Eingreifen eines Betätigungselements wie etwa eines Pins in eine Schaltkulisse des Nockenstücks bewirkt. Bei Drehung des Nockenstücks wird dieses zwangsgeführt um einen definierten axialen Schaltweg, der dem Abstand zweier benachbarter Nocken eines Nockenstücks entspricht, verschoben. Wenn sich das Nockenstück in einer vorgegebenen axialen Endposition befindet, wird der Pin wieder eingefahren bzw. in Richtung auf den Aktuator zurückgeworfen. Um eine Verstellung des Nockenstücks von einer ersten Axialposition in eine zweite Axialposition und umgekehrt bewirken zu können, sind jedem Nockenstück zwei auswerfbare Betätigungselemente zum Eingriff in jeweils eine Kulissenbahn der Schaltkulisse zugeordnet, wobei die erste Kulissenbahn zum Verstellen des Nockenstücks in einer axialen Vorwärtsrichtung und die zweite Kulissenbahn zum Verstellen des Nockenstücks in einer axialen Rückwärtsrichtung vorgesehen ist. Solche herkömmlichen Ventiltriebvorrichtungen benötigen pro Zylinder einen Aktuator nebst Schaltkulisse, da jedem Zylinder ein axial verschiebliches Nockenstück zugeordnet ist. Eine Mehrzahl an Schaltkulissen und Aktuatoren ist allerdings mit einem erheblichen Kosten- und Montageaufwand verbunden.
Alternativ ist es möglich, die Ventilhübe zweier Zylinder jeweils mit einem einteiligen Nockenstück zeitgleich umzuschalten. Eine Ventilhubumschaltung kann allerdings nur im Grundkreis der Nocken erfolgen. Für die Umschaltung des Ventilhubs von zwei Zylindern mit einem einzigen axial verschieblichen Nockenstück steht zur Umschaltung ein kleinerer gemeinsamer Nockengrundkreis zu Verfügung als bei der Umschaltung der Ventilhübe von zwei Zylindern mittels zweier einzelner Nockenstücke. Die Ventil- und somit auch die Nockenhübe sind bei zwei Zylindern, die mit einem gemeinsamen Nockenstück verstellt werden, regelmäßig um 90° Nockendrehwinkel zueinander verdreht. Diese 90° Nockendrehwinkel entsprechen der Verringerung des Grundkreises, der zur Verschiebung der Verfügung steht. Aus diesem Grund ist es schwierig, mehrere Zylinder mit einem einzigen Nockenstück zeitgleich umzuschalten.
Die Druckschriften DE 10 2011 011 457 A1 und DE 10 2008 029 349 A1 offenbaren Ventiltriebvorrichtungen, bei denen eine geteilte Schaltkulisse zum sequentiellen Verschieben von zwei oder mehr Nockenstücken verwendet wird. Dabei wird zunächst ein erstes Nockenstück durch ein erstes Kulissensegment der Schaltkulisse und anschließend ein zweites Nockenstück durch ein zweites Kulissensegment der Schaltkulisse axial verschoben. Somit haben beide Nockenstücke den Ventilhub umgeschaltet. Umgekehrt wird zum Einstellen des anfänglichen Ventilhubs zunächst das zweite Nockenstück und anschließend das erste Nockenstück zurückgeschoben und dann jeweils mittels einer Arretiervorrichtung zum axialen Arretieren der Nockenstücke in der axialen Endlage arretiert. Zum Arretieren werden regelmäßig Kugelfederpakete verwendet, die sich an der Nockengrundwelle befinden.
Es hat sich allerdings herausgestellt, dass bei Ventiltriebvorrichtungen mit geteilter Schaltkulisse ein erhöhter Verschleiß der Axiallager sowie eine Verringerung der Betriebssicherheit auftritt.
In Anbetracht der beschriebenen Probleme liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Ventiltriebvorrichtung bereitzustellen, mit der die Ventilhübe mehrerer (insbesondere vier) Zylinder mittels einer einzigen Schaltkulisse umgeschaltet werden können und die gleichzeitig verschleißarm und betriebssicher arbeitet.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Ventiltriebvorrichtung der o.g. Art mit den in Anspruch 1 gekennzeichneten Merkmalen gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den weiteren Ansprüchen beschrieben.
Die Schaltkulisse der erfindungsgemäßen Ventiltriebvorrichtung weist mindestens eine Kulissenbahn mit zwei bei einem Schaltvorgang von einem Betätigungselement wie etwa einem Pin eines Aktuators nacheinander durchlaufbaren Bahnabschnitten auf. Die Bahnabschnitte sind derart eingerichtet und angeordnet, dass der Eingriff des Betätigungselements in den ersten Bahnabschnitt der sich drehenden Schaltkulisse eine axiale Verschiebung des ersten Nockenstücks in eine Vorwärtsrichtung und der darauf folgende Eingriff des Betätigungselement in den zweiten Bahnabschnitt eine axiale Verschiebung des zweiten Nockenstücks in eine der Vorwärtsrichtung entgegengerichtete Rückwärtsrichtung bewirkt. Mit anderen Worten wird bei einem Schaltvorgang zunächst das an den ersten Bahnabschnitt gekoppelte erste Nockenstück axial verschoben und anschließend das an den zweiten Bahnabschnitt gekoppelte zweite Nockenstück in die Gegenrichtung verschoben (gegensinnige Verschiebung der beiden Nockenstücke). Die Verschiebedistanz entspricht dabei vorzugsweise jeweils im Wesentlichen dem Abstand zwischen zwei benachbarten Nocken (bspw. Nullnocken und Vollnocken).
Die Erfindung geht auf die Erkenntnis zurück, dass bei den in den Druckschriften DE 10 2011 011 457 A1 und DE 10 2008 029 349 A1 beschriebenen Ventiltriebvorrichtungen mit geteilter Schaltkulisse durch das sequentielle Verschieben der Nockenstücke in dieselbe Richtung bei jedem Schaltvorgang Arretierkräfte der Arretiervorrichtungen wie etwa der Kugelfederpakete in dieselbe Richtung wirken, wobei die Arretierkräfte über die Nockengrundwelle an die Axiallager geleitet werden. Aus diesem Grund werden die Axiallager bei jedem Schaltvorgang sowohl in der Vorwärtsrichtung als auch in der Rückwärtsrichtung mehrfach und deshalb besonders stark belastet. Dagegen werden erfindungsgemäß zwei Nockenstücke mittels eines Aktuators und einer geteilten Schaltkulisse bei jedem Schaltvorgang gegensinnig verschoben und deshalb auch gegensinnig arretiert. Daher gleichen sich bei jedem Schaltvorgang die auf die Nockengrundwelle übertragenen Kräfte in Richtung und Summe aus. Daher wird einerseits die Nockengrundwelle geringer belastet und andererseits wirken auf die Axiallager der Nockenwelle geringere Kräfte und Belastungen. Dies führt zu einer höheren Betriebssicherheit. Außerdem kann ein Axiallager geringerer Dimensionierung verwendet werden.
Um dieselben Vorteile auch bei einer Rückstellung der Nockenstücke in die Ausgangslage zu erreichen, hat es sich als zweckmäßig erwiesen, dass die Schaltkulisse eine zweite Kulissenbahn mit zwei bei einem Rückstell-Schaltvorgang von einem zweiten Betätigungselement sequentiell durchlaufbaren Rückstell-Bahnabschnitten aufweist, wobei das Durchlaufen des ersten Rückstell-Bahnabschnitts eine axiale Verschiebung des ersten Nockenstücks in der Rückwärtsrichtung und das Durchlaufen des zweiten Rückstell-Bahnabschnitts eine axiale Verschiebung des zweiten Nockenstücks in der Vorwärtsrichtung bewirkt. Dies führt zu einer besonders gleichmäßigen Belastung von Nockenwelle und Axiallager bei einer Vorwärts- und einer Rückwärtsverstellung.
Im Hinblick auf eine strukturell einfache und zweckmäßige Ausgestaltung der Nockenstücke hat es sich als vorteilhaft erwiesen, dass die Schaltkulisse zumindest zwei in Axialrichtung relativ zueinander verschiebbare Kulissensegmente aufweist, die jeweils einem der Nockenstücke zugeordnet sind und jeweils einen Bahnabschnitt und/oder einen Rückstell-Bahnabschnitt aufweisen. Vorzugsweise ist das erste Kulissensegment mit dem ersten Nockenstück verbunden bzw. daran befestigt bzw. einstückig oder einteilig damit gebildet und/oder das zweite Kulissensegment mit dem zweiten Nockenstück verbunden bzw. daran befestigt bzw. einstückig oder einteilig damit gebildet. Die von dem Betätigungselement auf die Schaltkulisse übertragenen Axialkräfte werden dann unmittelbar und verlustfrei auf die axial zu verschiebenden Nockenstücke übertragen.
Dabei weist vorzugsweise jedes der beiden Kulissensegmente einen Bahnabschnitt und/oder einen Rückstell-Bahnabschnitt auf, so dass zunächst der Bahnabschnitt (bzw. Rückstell-Bahnabschnitt) des ersten Kulissensegments und anschließend der Bahnabschnitt (bzw. Rückstell-Bahnabschnitt) des dazu axial verschiebbar gelagerten zweiten Kulissensegments von dem Betätigungselement durchlaufen werden kann. Im Hinblick auf eine leichtgängige und verschleißarme gegengerichtete Verstellung der beiden Kulissensegmente zusammen mit den damit verbundenen Nockenstücken hat es sich als zweckmäßig erwiesen, dass sich der Bahnabschnitt jedes Kulissensegments in Umfangsrichtung über einen Winkel von etwa 180° erstreckt und zumindest abschnittsweise eine axiale Schrägstellung hat, so dass in zumindest einer axialen Relativstellung der beiden Kulissensegmente durch die beiden Bahnabschnitte eine in Umfangsrichtung geschlossene, schräggestellte Umlaufbau gebildet ist. Selbiges gilt vorzugsweise für die Rückstell-Bahnabschnitte. Mit anderen Worten umlaufen anders als bei den bekannten Ventiltriebvorrichtungen die Bahnabschnitte die Nockengrundwelle nicht helixförmig, sondern (zu einem Zeitpunkt während des Schaltvorgangs, wenn das Betätigungselement von dem ersten Bahnabschnitt in den zweiten Bahnabschnitt übergeht) in einer geschlossenen Umlaufbahn wie etwa einer verkippten Kreisbahn o. dgl.
Das Eingreifen des Betätigungselements in die Schaltkulisse zu Beginn des Schaltvorgangs und das Auswerfen des Betätigungselements aus der Schaltkulisse nach Abschluss des Schaltvorgangs kann dadurch ermöglicht werden, dass jede Kulissenbahn einen Einspur- und/oder Ausspurabschnitt mit radialer Schrägstellung zum Einspuren und/oder Ausspuren des Betätigungselements in die/aus Kulissenbahn aufweist, wobei der Einspur- und/oder Ausspurabschnitt vorzugsweise axial versetzt zu dem Bahnabschnitt angeordnet ist. In diesem Fall erreicht das Betätigungselement ausgehend von dem Einspurabschnitt den axial danebenliegenden Bereich des Bahnabschnitts erst nach einer vollen Umdrehung der Nockenwelle. Ferner erreicht das Betätigungselement ausgehend von dem axial neben dem Ausspurabschnitt liegenden Bereich des Bahnabschnitts den Ausspurabschnitt erst nach einer vollen Umdrehung der Nockenwelle. Mit anderen Worten greift das Betätigungselement im Laufe eines Schaltvorgangs über einen Winkel von mehr als 360° in die Kulissenbahn ein.
Bei einer ersten bevorzugten Ausführungsform der Erfindung durchläuft das Betätigungselement bei einem Schaltvorgang die Kulissenbahn in Umfangsrichtung der Nockenwelle in der folgenden Reihenfolge: Einspurabschnitt des zweiten (ersten) Kulissensegments, Bahnabschnitt des ersten (zweiten) Kulissensegments, Bahnabschnitt des zweiten (ersten) Kulissensegments, Ausspurabschnitt des ersten (zweiten) Kulissensegments. Alternativ oder zusätzlich durchläuft das Betätigungselement bei einem Rückstell-Schaltvorgang die zweite Kulissenbahn in Umfangsrichtung der Nockenwelle in der folgenden Reihenfolge: zweiter Einspurabschnitt des zweiten (ersten) Kulissensegments, Rückstell-Bahnabschnitt des ersten (zweiten) Kulissensegments, Rückstell-Bahnabschnitt des zweiten (ersten) Kulissensegments, zweiter Ausspurabschnitt des ersten (zweiten) Kulissensegments.
Im Hinblick auf eine einfache und kostengünstige Herstellbarkeit und Montierbarkeit der Schaltkulisse hat es sich als vorteilhaft erwiesen, dass die Kulissensegmente jeweils im Wesentlichen halbzylindermantelförmig ausgebildet sind, so dass sie vorzugsweise zusammen im Wesentlichen einen die Nockengrundwelle umlaufenden Hohlzylinder ausbilden. Ferner können zwei Halbzylindermäntel so auf einfache Weise axial gegeneinander verschoben werden.
Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform sind die beiden Kulissensegmente als Gleichteile ausgebildet. Mit anderen Worten entspricht das erste Kulissensegment dem zweiten Kulissensegment. Auf diese Weise werden Herstellung und Montage weiter vereinfacht. Im Gegensatz dazu sind die in den Druckschriften DE 10 2011 011 457 A1 und DE 10 2008 029 349 A1 offenbarten Kulissensegmente sehr komplex und unterscheiden sich jeweils voneinander. Eine Bereitstellung mehrerer Kulissensegmente als Gleichteile ist bei herkömmlichen getrennten Schaltkulissen nicht möglich.
Vorzugsweise weist jedes Kulissensegment einen Bahnabschnitt und daneben einen Rückstell-Bahnabschnitt auf, die als zueinander benachbarte umlaufende Nuten mit sich in Umfangsrichtung allmählich verringerndem gegenseitigem Abstand ausgebildet sind. Mit anderen Worten verjüngt sich ein Steg zwischen dem Bahnabschnitt und dem Rückstell-Bahnabschnitt um einen Umlaufswinkel von 180° allmählich. Damit ergibt sich im Gegensatz zu der Druckschrift DE 10 2008 029 349 A1 eine besonders kompakte und sowohl für den Schalt- als auch für den Rückstell-Schaltvorgang verwendbare, nur zweiteilige Schaltkulisse. Der kleinste Abstand zwischen dem Bahnabschnitt und dem Rückstell-Bahnabschnitt kann jeweils nur wenige Millimeter, bspw. zwischen 1 mm und 1 cm betragen. Der größte Abstand zwischen dem Bahnabschnitt und dem Rückstell-Bahnabschnitt kann um etwa 12 mm größer sein (der Abstand zwischen zwei benachbarten Nocken beträgt regelmäßig etwa 6 mm).
Bei einer ersten möglichen Ausführungsform der Erfindung sind die Einspur- und Ausspurabschnitte der Kulissenbahnen jeweils axial zwischen dem Bahnabschnitt und dem Rückstell-Bahnabschnitt der Kulissensegmente angeordnet. Diese Variante hat die geringste räumliche Ausdehnung in Axialrichtung, weil sowohl die Einspurabschnitte beider Kulissenbahnen als auch die Ausspurabschnitte beide Kulissenbahnen jeweils als eine einzige Rampe ausgebildet sein können. Bei einer alternativen Ausführungsform sind die Einspur- und Ausspurabschnitte der Kulissenbahnen jeweils axial außerhalb der Bahn- und Rückstell-Bahnabschnitte der Kulissensegmente angeordnet. Beide genannten Ausführungsformen bieten die Möglichkeit, die Kulissensegmente als Gleichteile auszuführen. Ferner wird bei beiden Ausführungsformen zyklustreu geschaltet. Zyklustreu bedeutet, dass die Reihenfolge der geschalteten Nockenstücke in beiden Schaltrichtungen dieselbe ist, so dass jeweils das erste Nockenstück wird vor dem zweiten Nockenstück geschaltet wird.
Bei einer dritten möglichen Ausführungsform ist der Einspur- und der Ausspurabschnitt der ersten Kulissenbahn zwischen dem Bahnabschnitt und dem Rückstell-Bahnabschnitt der Kulissensegmente angeordnet, und der Einspur- und der Ausspurabschnitt der zweiten Kulissenbahn ist jeweils auf der der ersten Kulissenbahn abgewandten Seite der zweiten Kulissenbahn angeordnet, oder umgekehrt. Bei diesen beiden Ausführungsformen wird nicht zyklustreu geschaltet.
Vorzugsweise weist jedes Nockenstück mindestens zwei voneinander beabstandete Nockenabschnitte mit jeweils zumindest zwei aneinander angrenzenden Nocken (bspw. Nullnocken und Vollnocken) auf, wobei bevorzugt jeder Nockenabschnitt einem Zylinder zugeordnet ist. In diesem Fall wird bspw. für zwei Nockenstücke zur Betätigung von vier Zylindern erfindungsgemäß nur ein einziger Aktuator mit zwei Betätigungselementen und eine einzige Schaltkulisse benötigt.
Ferner betrifft die vorliegende Erfindung eine Schaltkulisse einer erfindungsgemäßen Ventiltriebvorrichtung. Die Schaltkulisse weist zwei zueinander passende, vorzugsweise als Gleichteile ausgebildete, Kulissensegmente mit den oben beschriebenen Merkmalen einzeln oder in beliebiger Kombination auf.
Ferner betrifft die vorliegende Erfindung ein Kulissensegment einer erfindungsgemäßen Schaltkulisse.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Zeichnung näher erläutert. Diese zeigt in
1 eine schematische Prinzipskizze einer erfindungsgemäßen Ventiltriebvorrichtung 100,
2a drei zeitlich aufeinanderfolgende Stellungen einer ersten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Schaltkulisse während eines Schaltvorgangs,
2b drei zeitlich aufeinanderfolgende Stellungen der ersten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Schaltkulisse während eines Rückstell-Schaltvorgangs,
3a das erste Kulissensegment der Schaltkulisse aus 2 in einer perspektivischen Ansicht,
3b das zweite Kulissensegment der Schaltkulisse aus 2 in einer Draufsicht,
4a, b ein Kulissensegment einer zweiten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Schaltkulisse in einer perspektivischen Darstellung und in einer Draufsicht,
4c, d die zweite Ausführungsform der erfindungsgemäßen Schaltkulisse in einer perspektivischen Darstellung und in einer um 180° verdrehten perspektivischen Darstellung,
5a, b die zwei Kulissensegmente einer dritten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Schaltkulisse in einer perspektivischen Darstellung bzw. in einer Draufsicht, und
5c, d die dritte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Schaltkulisse in einer perspektivischen Darstellung und in einer um 180° verdrehten perspektivischen Darstellung.
1 zeigt eine erfindungsgemäße Ventiltriebvorrichtung 100 zusammen mit einem Aktuator mit zwei Betätigungselementen 15, 16 in Form von Eingriffspins in einer schematischen Darstellung. Die Ventiltriebvorrichtung 100 weist eine Nockenwelle 10 mit zwei axial verschiebbar auf einer Nockengrundwelle 11 angeordneten Nockenstücken 12, 14 auf. Jedes Nockenstück 12, 14 hat vier Nockenabschnitte 17, wobei jeder Nockenabschnitt zwei benachbarte Nocken 19 aufweist, die eine unterschiedliche Nockenkontur (hier: Vollnocken und Nullnocken) haben können. Jeweils zwei benachbarte Nockenabschnitte 17 sind einem Zylinder (nicht gezeigt) zugeordnet, so dass die Nockenwelle zur Ventilbetätigung von insgesamt vier Zylindern vorgesehen ist. Durch eine axiale Verschiebung der Nockenstücke 12, 14 um eine dem Abstand zwischen zwei benachbarten Nocken 19 entsprechende Distanz erfolgt eine Nockenumschaltung. Wie im Folgenden noch im Detail erläutert wird, wird zur Initiierung eines Schaltvorgangs zur Verschiebung beider Nockenstücke 12, 14 das Betätigungselement 15 ausgeworfen und greift in eine Schaltkulisse 20 ein, die drehfest mit der Nockengrundwelle 11 verbunden ist. Bei der in 1 gezeigten Ausführungsform ist die Schaltkulisse 20 durch die einander zugewandten Enden der beiden Nockenstücke 12, 14 gebildet. Analog wird zur Initiierung eines Rückstell-Schaltvorgangs zum Zurückschieben der beiden Nockenstücke 12, 14 in die Ausgangsstellung das zweite Betätigungselement 16 ausgeworfen und greift in die Schaltkulisse 20 ein.
Die Schaltkulisse 20 weist zwei in Axialrichtung A relativ zueinander verschieblich auf der Nockengrundwelle 11 angeordnete, im Wesentlichen halbzylindermantelförmige Kulissensegmente 50, 51 auf. Bei der in 1 dargestellten Ausführungsform ist das erste Kulissensegment 50 mit dem ersten Nockenstück 12 verbunden, und das zweite Kulissensegment 51 ist mit dem zweiten Nockenstück 14 verbunden. Die Kulissensegmente 50, 51 können auch einteilig mit dem zugehörigen Nockenstück gebildet oder auf andere Weise daran angekoppelt sein.
Erfindungsgemäß wichtig ist, dass bei einem Schaltvorgang das erste Kulissensegment 50 zusammen mit dem ersten Nockenstück 12 in einer Vorwärtsrichtung V entlang der Nockenwellenachse A verschoben wird, und das zweite Kulissensegment 51 zusammen mit dem zweiten Nockenstück 14 in einer der Vorwärtsrichtung V entgegengerichteten Rückwärtsrichtung R verschoben wird. Mit anderen Worten werden bei einem Schaltvorgang die beiden Nockenstücke gegensinnig auf der Nockenwelle verschoben. Entsprechend werden bei dem Rückstell-Schaltvorgang das erste Kulissensegment 50 zusammen mit dem ersten Nockenstück 12 in der Rückwärtsrichtung R zurück in die Ausgangslage verschoben, und das zweite Kulissensegment 51 wird zusammen mit dem zweiten Nockenstück 14 in der Vorwärtsrichtung V zurück in die Ausgangslage geschoben. Dabei ist in Abhängigkeit von der erfindungsgemäßen Ausgestaltung der Schaltkulisse 20 entweder eine zyklustreue Schaltung oder eine nicht zyklustreue Schaltung möglich.
Unter Bezugnahme auf 2, die eine erste Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Schaltkulisse 20 zeigt, soll im Folgenden der Verlauf eines Schaltvorgangs im Detail erläutert werden:
Das erste Kulissensegment 50 und das zweite Kulissensegment 51 sind derart einander gegenüberliegend an der Nockengrundwelle angeordnet, dass sie die Nockengrundwelle im Wesentlichen in Form eines Hohlzylindermantels bzw. einer Zylinderhülse umgeben. Das erste Kulissensegment 50 weist einen als Umlaufsnut gebildeten ersten Bahnabschnitt 31 und das zweite Kulissensegment 51 weist einen als Umlaufsnut gebildeten zweiten Bahnabschnitt 32 auf, die Teile einer ersten Kulissenbahn 22 sind und bei einem Schaltvorgang sequentiell von dem Betätigungselement 15 durchlaufbar sind. Der erste Bahnabschnitt 31 ist derart axial gekrümmt bzw. schräggestellt, dass der Eingriff des Betätigungselements 15 in den sich drehenden Bahnabschnitt 31 zu einer Verschiebung des ersten Kulissensegments in der Vorwärtsrichtung V führt (siehe 2a, mittlere Figur). In dieser Relativstellung bilden der erste Bahnabschnitt 31 und der zweite Bahnabschnitt 32 im Wesentlichen eine geschlossene Umlaufbahn aus, so dass das Betätigungselement 15 von dem ersten Bahnabschnitt 31 in den zweiten Bahnabschnitt 32 einlaufen kann (siehe 2a, mittlere Figur). Der zweite Bahnabschnitt 32 ist entsprechend axial gekrümmt bzw. schräggestellt, so dass der Eingriff des Betätigungselements 15 in den sich drehenden Bahnabschnitt 32 zu einer Verschiebung des zweiten Kulissensegments 51 in Rückwärtsrichtung R führt (siehe 2a, rechte Figur).
Ferner weist das zweite Kulissensegment 51 einen Einspurabschnitt 35 in Form eines Nutabschnitts mit radialer Schrägstellung zum Einspuren des Betätigungselements in den ersten Bahnabschnitt 31 auf (siehe 2a linke Figur), und das erste Kulissensegment 50 weist einen Ausspurabschnitt 36 in Form eines Nutabschnitts mit radialer Schrägstellung zum Auswerfen der Betätigungselement 15 aus der Kulissenbahn auf (siehe 2a, rechte Figur). Die Einspur- und Ausspurabschnitte 35, 36 sind jeweils axial neben den Bahnabschnitten 31, 32 angeordnet, so dass sie um eine Nockenwellendrehung zeitlich versetzt zu dem danebenliegenden Bahnabschnittsbereich durchlaufen werden können.
Während eines Schaltvorgangs durchläuft das Betätigungselement 15 die erste Kulissenbahn 22 also in der folgenden Reihenfolge: Einspurabschnitt 35 des zweiten Kulissensegments 51, Bahnabschnitt des ersten Kulissensegments 50, Bahnabschnitt des zweiten Kulissensegments 51, Ausspurabschnitt des ersten Kulissensegments 50.
Neben der ersten Kulissenbahn 22 ist in der Schaltkulisse eine zweite Kulissenbahn 24 zur Rückstellung der beiden Nockenstücke 12, 14 in die Ausgangslage angeordnet. Wie in 2b gezeigt ist, durchläuft das zweite Betätigungselement 16 während eines Rückstell-Schaltvorgangs die zweite Kulissenbahn 24 in der folgenden Reihenfolge: Einspurabschnitt 37 des zweiten Kulissensegments 50 (siehe 2b, linke Figur), Rückstell-Bahnabschnitt 33 des ersten Kulissensegments 50 (siehe 2b, mittlere Figur), Rückstell-Bahnabschnitt 34 des zweiten Kulissensegments 51, Ausspurabschnitt 38 des ersten Kulissensegments 50 (siehe 2b, rechte Figur).
Die einzelnen Abschnitte der zweiten Kulissenbahn 24 sind im Wesentlichen um eine Mittenebene symmetrisch zu den entsprechenden Abschnitten der ersten Kulissenbahn 22 nutförmig in die ersten und zweiten Kulissensegmente 50, 51 eingebracht. Dies ist besonders deutlich in den 3a und 3b dargestellt, die das erste Kulissensegment 50 in einer perspektivischen Ansicht (3a) und das identisch aufgebaute zweite Kulissensegment 51 in einer Draufsicht (3b) zeigen. Es ist erkennbar, dass das erste Kulissensegment 50 und das zweite Kulissensegment 51 als Gleichteile ausgebildet sind. In der Draufsicht verlaufen der Bahnabschnitt 31, 32 und der Rückstell-Bahnabschnitt 33, 34 jeweils V-förmig nebeneinander. Mit anderen Worten verjüngt sich ein zwischen Bahnabschnitt und Rückstell-Bahnabschnitt gebildeter Steg 70 jeweils in Umfangsrichtung allmählich. Die Einspurabschnitte 35, 37 des zweiten Kulissensegments 51 und die Ausspurabschnitte 36, 38 des ersten Kulissensegments 50 sind jeweils unmittelbar benachbart zueinander in Form jeweils einer Rampe zwischen den Bahnabschnitten und Rückstell-Bahnabschnitten in demjenigen Endbereich der Kulissensegmente in Umfangsrichtung gebildet, in dem der Steg 70 eine maximale Breite hat. Dies führt zu einer besonders kompakten Schaltkulisse 20, mit der zyklustreue Schaltvorgänge möglich sind.
In den 4c und 4d ist eine zweite Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Schaltkulisse 20‘ dargestellt, bei der die beiden Kulissensegmente 50‘, 51‘ ebenfalls als Gleichteile ausgebildet und zur zyklustreuen Schaltung eingerichtet sind. Mit Ausnahme der Anordnung der Einspur- und Ausspurabschnitte 35, 36, 37, 38 wird auf die obigen Ausführungen verwiesen. Hier sind die Einspurabschnitte 35, 37 des zweiten Kulissensegments 51‘ allerdings nicht zwischen dem Bahnabschnitt und dem Rückstell-Bahnabschnitt, sondern jeweils außerhalb angeordnet, und zwar in demjenigen Endbereich des zweiten Kulissensegments 51‘ in Umfangsrichtung, in dem der Steg 70 eine minimale Breite hat. Gleichermaßen sind die Ausspurabschnitte 36, 38 des ersten Kulissensegments 50‘ nicht zwischen dem Bahnabschnitt und dem Rückstell-Bahnabschnitt, sondern jeweils außerhalb angeordnet, und zwar in demjenigen Endbereich des ersten Kulissensegments 50‘ in Umfangsrichtung, in dem der Steg 70 eine minimale Breite hat.
Ein einzelnes Kulissensegment 50‘ (bzw. 51‘) der zweiten Ausführungsform ist in den 4a und 4b in verschiedenen Ansichten dargestellt.
Eine nicht zyklustreue Schaltung ist mit der in den 5c und 5d dargestellten dritten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Schaltkulisse 20‘‘ möglich. 5d zeigt die in 5c dargestellte Stellung um 180° verdreht. Mit dieser Ausführungsform wird bei einem Schaltvorgang das erste Nockenstück in Vorwärtsrichtung V und dann das zweite Nockenstück in Rückwärtsrichtung R, und bei einem Rückstell-Schaltvorgang das zweite Nockenstück in Vorwärtsrichtung V und dann das erste Nockenstück in Rückwärtsrichtung R verschoben. Mit Ausnahme der Anordnung der Einspur- und Ausspurabschnitte 35, 36, 37, 38 wird auf die obigen Ausführungen verwiesen. Bei dieser Ausführungsform ist der Einspurabschnitt 35 und der Ausspurabschnitt 36 der ersten Kulissenbahn 22 jeweils zwischen den Bahnabschnitten und Rückstell-Bahnabschnitten der beiden Kulissensegmente 50‘‘, 51‘‘ angeordnet, während der Einspurabschnitt 37 und der Ausspurabschnitt 38 der zweiten Kulissenbahn 24 jeweils auf der der ersten Kulissenbahn 22 abgewandten Seite der zweiten Kulissenbahn 24 angeordnet ist. Auch eine umgekehrte Anordnung ist möglich.
Die Erfindung ist nicht auf die in den Figuren dargestellten Ausführungsformen beschränkt. So können bspw. die beiden Kulissenbahnen beliebig auseinandergezogen werden. Aufgrund anderer Systemauslegungen kann eine Anpassung der Kulissenbahn- und/oder der Betätigungselementdurchmesser nötig sein. Bei größerem Durchmesser der Betätigungselemente kann bspw. ein größerer Abstand der Nuten erforderlich sein. Auch andere Ausgestaltungen sind möglich.
Bezugszeichenliste

10: Nockenwelle
11: Nockengrundwelle
12: erstes Nockenstück
14: zweites Nockenstück
15: erste Betätigungselement
16: zweites Betätigungselement
17: Nockenabschnitte
19: Nocken
20, 20‘, 20‘‘: Schaltkulisse
22: erste Kulissenbahn
24: zweite Kulissenbahn
31, 32: Bahnabschnitte
33, 34: Rückstell-Bahnabschnitte
35, 37: Einspurabschnitte
36, 38: Ausspurabschnitte
50, 50‘, 50‘‘: erstes Kulissensegment
51, 51‘, 51‘‘: zweites Kulissensegment
70: Steg
100: Ventiltriebvorrichtung
V: Vorwärtsrichtung
R: Rückwärtsrichtung
A: axiale Richtung

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102011011457 A1 [0004, 0009, 0016]
DE 102008029349 A1 [0004, 0009, 0016, 0017]

Claims

Ventiltriebvorrichtung (100), insbesondere eines Kraftfahrzeugs, mit einer Nockenwelle (10) mit mindestens zwei axial verschieblich auf einer Nockengrundwelle (11) angeordneten Nockenstücken (12, 14) und einer Schaltkulisse (20, 20‘, 20‘‘) zum axialen Verschieben der Nockenstücke (12, 14), dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltkulisse (20, 20‘, 20‘‘) eine erste Kulissenbahn (22) mit zwei bei einem Schaltvorgang von einem Betätigungselement (15) sequentiell durchlaufbaren Bahnabschnitten (31, 32) aufweist, wobei das Durchlaufen des ersten Bahnabschnitts (31) eine axiale Verschiebung des ersten Nockenstücks (12) in einer Vorwärtsrichtung (V) und das Durchlaufen des zweiten Bahnabschnitts (32) eine axiale Verschiebung des zweiten Nockenstücks (14) in einer der Vorwärtsrichtung entgegengerichteten Rückwärtsrichtung (R) bewirkt.
Ventiltriebvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltkulisse (20, 20‘, 20‘‘) eine zweite Kulissenbahn (24) mit zwei bei einem Rückstell-Schaltvorgang von einem zweiten Betätigungselement (16) sequentiell durchlaufbaren Rückstell-Bahnabschnitten (33, 34) aufweist, wobei das Durchlaufen des ersten Rückstell-Bahnabschnitts (33) eine axiale Verschiebung des ersten Nockenstücks (12) in der Rückwärtsrichtung (R) und das Durchlaufen des zweiten Rückstell-Bahnabschnitts (34) eine axiale Verschiebung des zweiten Nockenstücks (14) in der Vorwärtsrichtung (V) bewirkt.
Ventiltriebvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltkulisse (20) zumindest zwei in Axialrichtung relativ zueinander verschiebbare Kulissensegmente (50, 51) aufweist, die jeweils einem der Nockenstücke (12, 14) zugeordnet sind und jeweils einen Bahnabschnitt (31, 32) und/oder einen Rückstell-Bahnabschnitt (33, 34) aufweisen.
Ventiltriebvorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass sich der Bahnabschnitt (31, 32) jedes Kulissensegments (50, 51) in Umfangsrichtung über einen Winkel von 180° erstreckt und zumindest abschnittsweise eine axiale Schrägstellung hat, so dass in zumindest einer axialen Relativstellung der beiden Kulissensegmente (50, 51) durch die beiden Bahnabschnitte (31, 32) eine in Umfangsrichtung geschlossene, schräggestellte Umlaufsbahn gebildet ist.
Ventiltriebvorrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass jede Kulissenbahn (22, 24) einen Einspur- (35, 37) und einen Ausspurabschnitt (36, 38) mit radialer Schrägstellung zum Einspuren und/oder Ausspuren des Betätigungselements (15, 16) in die/aus Kulissenbahn (22, 24) aufweist, wobei die Einspur- (35, 37) und Ausspurabschnitte (36, 38) jeweils axial versetzt neben einem Bahnabschnitt der zugehörigen Kulissenbahn verlaufen.
Ventiltriebvorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass während eines Schaltvorgangs bzw. Rückstell-Schaltvorgangs die Kulissenbahn (22) bzw. die zweite Kulissenbahn (24) in der folgenden Reihenfolge von einem Betätigungselement (15, 16) durchlaufbar ist: Einspurabschnitt (35) des zweiten Kulissensegments (51), Bahnabschnitt des ersten Kulissensegments (50), Bahnabschnitt des zweiten Kulissensegments (51), Ausspurabschnitt des ersten Kulissensegments (50), und/oder Einspurabschnitt (37) des zweiten Kulissensegments (50), Rückstell-Bahnabschnitt (33) des ersten Kulissensegments (50), Rückstell-Bahnabschnitt (34) des zweiten Kulissensegments (51), Ausspurabschnitt (38) des ersten Kulissensegments (50).
Ventiltriebvorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Kulissensegmente (50, 51) jeweils im Wesentlichen halbzylindermantelförmig ausgebildet sind, so dass sie zusammen im Wesentlichen einen die Nockengrundwelle umlaufenden Hohlzylinder ausbilden.
Ventiltriebvorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Kulissensegmente (50, 51) als Gleichteile ausgebildet sind.
Ventiltriebvorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass jedes Kulissensegment (50, 51) einen Bahnabschnitt (31, 32) und einen Rückstell-Bahnabschnitt (33, 34) aufweist, die als umlaufende Nuten mit sich in Umfangsrichtung allmählich verringerndem gegenseitigem Abstand ausgebildet sind.
Ventiltriebvorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Einspur- (35, 37) und Ausspurabschnitte (36, 38) der Kulissenbahnen (22, 24) jeweils axial zwischen dem Bahnabschnitt (31, 32) und dem Rückstell-Bahnabschnitt (33, 34) der Kulissensegmente (50, 51) angeordnet sind, oder alternativ dass die Einspur- (35, 37) und Ausspurabschnitte (36, 38) der Kulissenbahnen jeweils axial außerhalb der Bahn- und Rückstell-Bahnabschnitte der Kulissensegmente (50‘, 51‘) angeordnet sind, oder alternativ dass der Einspur- (35) und der Ausspurabschnitt (36) der ersten Kulissenbahn (22) zwischen dem Bahnabschnitt und dem Rückstell-Bahnabschnitt der Kulissensegmente (50‘‘, 51‘‘) angeordnet ist und der Einspur- (37) und der Ausspurabschnitt (38) der zweiten Kulissenbahn (24) jeweils auf der der ersten Kulissenbahn abgewandten Seite der zweiten Kulissenbahn angeordnet ist, oder umgekehrt.
Ventiltriebvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass jedes Nockenstück (12, 14) mindestens zwei voneinander beabstandete Nockenabschnitte (17) mit jeweils zumindest zwei aneinander angrenzenden Nocken (19) aufweist, wobei jeder Nockenabschnitt (17) einem Zylinder zugeordnet ist.
Schaltkulisse (20) einer Ventiltriebvorrichtung (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche.
Kulissensegment (50) einer Schaltkulisse (20) nach Anspruch 12.