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Gebiet der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Verriegelungsmechanismus für einen wellenmontierten Kipphebel für ein schaltbares Ventiltriebsystem.
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Hintergrund
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Typischerweise werden während eines niedrig belasteten Betriebs die Zylinder einer Brennkraftmaschine ausgeschaltet, um Kraftstoffverbrauch und Emissionen zu reduzieren. Da weniger Zylinder im Betrieb sind, wird eine kleinere Menge Kraftstoff verbraucht. Außerdem werden bei weniger aktivierten Zylindern zusätzlich Drosselungsverluste reduziert, um die Effizienz zu steigern. Normalerweise schließen die Bauteile eines schaltbaren Ventiltriebs elektrohydraulische Systeme ein, die eine Verriegelungseinheit verriegeln oder entriegeln, um Deaktivierung eines Ventils oder ein Einschalten eines Ventilhubs zu ermöglichen. Bei niedrigem Öldruck oder bei einem nicht vorhandenen Öldruck wird die Verriegelungseinheit durch eine Feder in einer verriegelten Stellung vorgespannt. In der verriegelten Stellung wird eine Drehbewegung einer Nockenwelle in eine lineare Bewegung des Ventils umgewandelt. Wenn ausreichender Öldruck vorhanden ist, um die Vorspannung durch die Feder zu überwinden, wird die Verriegelungseinheit in eine entriegelte Stellung verschoben. In der entriegelten Stellung wird eine Drehbewegung der Nockenwelle nicht auf das Ventil übertragen.
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Zusammenfassung
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Gemäß der hierin erläuterten Merkmalen stellt die Erfindung einen schaltbaren Kipphebel zur Verfügung, der aufweist: einen ersten, mit einer Öffnung versehenen Arm, einen zweiten, durch ein elastisches Element mit dem ersten Arm verbundenen Arm, wobei der zweite Arm ein erstes Ende und ein zweites Ende aufweist und das zweite Ende dem ersten Ende gegenüberliegt, das zweite Ende mit einem Nockenfolger verbunden ist, und eine Verriegelungseinheit innerhalb der Öffnung angeordnet ist, welche Verriegelungseinheit einen Verriegelungsstift aufweist, der radial nach außen in einer verriegelten Stellung vorgespannt ist, um eine Drehbewegung des zweiten Arms relativ zum ersten Arm zu verhindern und derart angeordnet ist, dass er radial nach innen in eine entriegelte Stellung verschoben werden kann, um eine Drehbewegung des zweiten Arms relativ zum ersten Arm zu ermöglichen, wobei der Verriegelungsstift ein Kopfteil aufweist, das mit dem ersten Ende des zweiten Arms und dem ersten Arm in der verriegelten Stellung ausgerichtet ist, so dass der Verriegelungsstift während des Betriebs eher Druckkräften als Scherkräften unterworfen ist.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Es sind verschiedene, lediglich beispielhaft offenbarte Ausführungen unter Bezugnahme auf die beigefügten schematischen Zeichnungen beschrieben, in denen entsprechende Bezugszahlen entsprechenden Teilen zugeordnet sind. Die Figuren zeigen:
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1 eine Draufsicht eines schaltbaren Kipphebels;
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2 eine separate perspektivische Ansicht eines Verriegelungsstifts, einer Hülse und eines Tragelements einer Verriegelungseinheit eines Kipphebels; und
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3 eine Querschnittsansicht eines schaltbaren Kipphebels, im Wesentlichen entlang Linie 3-3 in 1.
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Ausführliche Beschreibung
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Es ist am Anfang zu bemerken, dass gleiche Zahlen in verschiedenen Ansichten in den Zeichnungen identische oder funktionsidentische Bauteile kennzeichnen. Es ist zu verstehen, dass die Ansprüche sich nicht auf die offenbarten Merkmale beschränken.
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Es ist weiterhin zu verstehen, dass die vorliegende Offenbarung sich nicht auf bestimmte hierin beschriebene Verfahren, Werkstoffe und Modifikationen beschränkt und kann als solche selbstverständlich variieren. Gleichfalls ist die hierein verwendete Terminologie lediglich zum Zwecke der Beschreibung verschiedener Aspekte gewählt worden und soll keineswegs den Schutzbereich der Ansprüche limitieren.
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Wenn nicht anders definiert, haben alle hierein verwendeten technischen und wissenschaftlichen Begriffe die gleiche Bedeutung, wie der Fachmann auf dem betreffenden Gebiet sie versteht. Es ist weiterhin selbstverständlich, dass jegliche Verfahren, Vorrichtungen oder Werkstoffe, welche den hierin verwendeten ähneln oder gleichwertig sind, bei der Umsetzung oder der Prüfung der beispielhaften Ausführungen verwendet werden können.
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Es ist zu verstehen, dass der Begriff „im Wesentlichen“ synonym ist mit solchen Begriffen wie „beinahe“, „ungefähr“, „annähernd“, „um...herum“, „grenzend an“, „nahezu“, etc., und dass solche Begriffe miteinander austauschbar sind, wie in der Beschreibung und den Ansprüchen zu sehen ist. Es ist auch zu verstehen, dass der Begriff „nahe“ synonym ist mit solchen Begriffen wie „in der Nähe von“, „dicht an“, „angrenzend“, „benachbart“, „unmittelbar“ etc., und dass solche Begriffe miteinander austauschbar sind, wie in der Beschreibung und den Ansprüchen zu sehen ist. Mit dem Begriff „annähernd“ sind Werte gemeint, welche innerhalb von zehn Prozent der vorgeschriebenen Werte liegen.
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1 ist eine Draufsicht eines schaltbaren Kipphebels 100.
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2 ist eine separate perspektivische Ansicht eines Verriegelungsstifts 106, einer Hülse 108 und eines Tragstifts 109 einer Verriegelungseinheit 105 (gezeigt in 3) des Kipphebels 100.
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3 ist eine Querschnittsansicht des schaltbaren Kipphebels 100, im Wesentlichen entlang Linie 3-3 in 1. Die folgende Beschreibung soll mit Bezug auf die 1–3 gelesen werden. Der schaltbare Kipphebel 100 weist im allgemeinen einen Arm 101, einen Arm 102, einen Nockenfolger 103, hydraulische Spielausgleichselemente 104 und eine Verriegelungseinheit 105. Der Arm 101 weist eine Öffnung A auf. Die Verriegelungseinheit 105 ist in der Öffnung A angeordnet. Die Verriegelungseinheit 105 weist einen Verriegelungsstift 106, eine Hülse 108, ein Tragelement 109 und ein elastisches Element 110 auf.
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Der Arm 101 ist durch ein elastisches Element 112 um eine Welle (nicht gezeigt) herum mit dem Arm 102 verbunden. In einer beispielhaften Ausführung ist das elastische Element 112 eine Drehfeder. Der Arm 102 ist mit dem Nockenfolger 103 verbunden. Der Nockenfolger 103 ist drehbeweglich aktivierbar durch eine Nockenwelle (nicht gezeigt). Hydraulische Spielausgleichselemente 104 sind innerhalb des Arms 101 angeordnet, um eine hydraulische Flüssigkeit von einer Welle (nicht gezeigt) zu erhalten. Die hydraulische Flüssigkeit ist derart angeordnet, dass sie durch einen Kanal 107 von einer Welle (nicht gezeigt) in die Verriegelungseinheit 105 eingespeist werden kann. Wenn wenig oder kein Öldruck durch den Kanal 107 in die Verriegelungseinheit 105 eingeleitet wird, befindet sich die Verriegelungseinheit 105 in der dargestellten verriegelten Stellung, und der Arm 102 ist drehfest in Bezug auf den Arm 101. Das elastische Element 112 spannt den Arm 102 in Richtung CD2 relativ zum Arm 101 vor. In der dargestellten verriegelten Stellung ist ein Anschlagelement 114 des Arms 102 in Kontakt mit einer Lippe 115 des Arms 101, um zu verhindern, dass der Arm 102 weiter in Richtung CD2 vorgespannt wird. In der dargestellten verriegelten Stellung ist der Verriegelungsstift 106 der Verriegelungseinheit 105 durch das elastische Element 110 radial nach oben vorgespannt. Das elastische Element 110 kann eine Druckfeder oder irgendeine andere geeignete im Fachgebiet bekannte Feder sein. Die Hülse 108 ist in die Öffnung A eingepresst und dient als Führung für den Verriegelungsstift 106 während seiner rauf und runter Bewegung. Die Hülse 108 dient weiterhin dazu, ein Heraustreten des Verriegelungsstifts 106 aus der Öffnung A zu verhindern. Da die Hülse 108 radial zwischen dem Basisteil des Verriegelungsstifts 106 und den Armen 101 und 102 angeordnet ist, springt der Verriegelungsstift 106 auf Grund der von dem elastischen Element 110 aufgebrachten, nach oben gerichteten Vorspannung nicht aus der Öffnung A heraus. In der verriegelten Stellung wird eine Drehbewegung der Nockenwelle in eine lineare Bewegung des Ventils umgewandelt.
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Um zu verhindern, dass eine Drehbewegung der Nockenwelle in eine lineare Bewegung des Ventils umgewandelt wird, ist der Verriegelungsstift 106 derart radial in Richtung D1 bewegbar, dass der Arm 102 sich in einem beschränkten Maß in Bezug auf den Arm 101 bewegen kann, wenn eine Nockenwelle (nicht gezeigt) den Nockenfolger 103 aktiviert. Um den Verriegelungsstift 106 zu verschieben, wird durch den Kanal 107 ein ausreichender Öldruck in die Verriegelungseinheit 105 eingeleitet, um die nach oben gerichtete Vorspannung des elastischen Elements 110 zu überwinden. Um die nach oben gerichtete Vorspannung des elastischen Elements 110 zu überwinden, wird Öldruck in die Kammer 111 innerhalb der Verriegelungseinheit 105 durch Öffnungen 116 in dem Basisteil 120 und der Hülse 108 eingeleitet. Wenn sich in der Kammer 111 ein ausreichender Druck aufgebaut hat, wird der Verriegelungsstift 106 nach unten in Richtung D1 in eine entriegelte Stellung vorgespannt. In der entriegelten Stellung wird eine Drehbewegung der Nockenwelle nicht auf das Ventil übertragen. Stattdessen, wenn der Nockenfolger 103 aktiviert wird und die Verriegelungseinheit 105 sich in der entriegelten Stellung befindet, dreht sich der Arm 102 in Richtung CD1. Wenn der Nockenfolger 103 aktiviert wird und der Verriegelungsstift 106 nach unten gedrückt wird und sich nicht mehr im Weg befindet, bewegt sich das Ende 116 des Arms 102 in Richtung des Tragelements 109. Der Arm 102 kann sich so lange in Richtung CD1 drehen, bis er in Kontakt mit dem Tragelement 109 kommt, wenn der Verriegelungsstift 106 nach unten gedrückt ist. Das Tragelement 109 ist in der Aussparung C (gezeigt in 1) im Arm 101 angeordnet. Wenn der Arm 102 sich in Richtung des Tragelements 109 bewegt, kann er sich frei ohne Reibung durch den Arm 101 bewegen, weil zwischen der gekrümmten Fläche 117 des Arms 102 und der gekrümmten Fläche 118 des Arms 101 eine Aussparung vorhanden ist. In einer beispielhaften Ausführung ist die gekrümmte Fläche 117 von der gekrümmten Fläche 118 beabstandet angeordnet. In einer beispielhaften Ausführung verläuft die gekrümmte Fläche 117 parallel zu der gekrümmten Fläche 118.
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Um die Bewegung der Nockenwelle in eine lineare Bewegung des Ventils umzuwandeln, wird der Arm 102 in Richtung CD2 bewegt, es wird Öl aus der Kammer 111 entfernt und das elastische Element 110 spannt den Verriegelungsstift 106 radial nach außen, wie dargestellt, in die verriegelte Stellung. In der verriegelten Stellung, auf Grund der übereinstimmenden Ausrichtung des Endes 116 des Arms 102, mit dem Verriegelungsstift 106, dem Tragelement 109 und dem Arm 101, werden auf den Verriegelungsstift 106 lediglich Druckkräfte ausgeübt: es wirken keine Scher- oder Biegekräfte auf den Verriegelungsstift 106 während des Betriebs.
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Wie oben beschrieben, kann der Verriegelungsstift 106, wenn erwünscht, zwischen der verriegelten und der entriegelten Stellung bewegt werden. Da der Verriegelungsstift 106 lediglich Druckkräften ausgesetzt wird, kann er extrem hohe Belastungen / Kräften widerstehen.
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In einer beispielhaften Ausführung, wie in 2 gezeigt, weist der Verriegelungsstift 106 ein Basisteil 120, ein Halsteil 121 und ein Kopfteil 122 auf. Das Halsteil 121 erstreckt sich von dem Basisteil 120 nach oben, und das Kopfteil 122 erstreckt sich vom Halsteil 121 nach oben. Wie in 3 zu sehen ist, weist das Basisteil 120 eine Breite W1 auf, das Halsteil 121 weist eine Breite W2 auf und das Kopfteil 122 weist eine Breite W3 auf. In einer beispielhaften Ausführung ist die Breite W2 kleiner als die Breite W1 und die Breite W3 ist größer als die Breite W2. Das Basisteil 120 ist derart dimensioniert, dass es innerhalb der Öffnung A im Arm 101 passt und sich darin nach oben und nach unten bewegen kann. In einer beispielhaften Ausführung (nicht gezeigt) ist die Breite W3 im Wesentlichen gleich groß wie die Breite W1, und das Kopfteil 122 (ähnlich dem Basisteil 120) ist derart dimensioniert, dass es innerhalb der Öffnung A passt und sich darin ohne die Hülse 108 nach oben und nach unten bewegen kann. In einer beispielhaften Ausführung haben die Teile 120, 121 und 122 eine rechteckige Form. Es ist zwar eine bestimmte Form und Ausbildung der Teile 120, 121 und 122 dargestellt, möglich ist jedoch auch jede andere Form und Ausbildung. Zum Beispiel kann die Hülse 108 eine D-förmige Hülse sein, die innerhalb der Öffnung A derart eingepresst ist, dass das gerade Teil der Hülse gegen die Fläche der Öffnung A nahe dem Tragelement 109 anstößt.
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In einer beispielhaften Ausführung ist die Kammer 111 durch die obere Fläche des Basisteils 120, das Halsteil 121, die untere Fläche des Kopfteils 122 und die Hülse 108 gebildet. Um einen Fluss von Öl in und aus der Kammer 111 zu ermöglichen, sind innerhalb des Basisteils 120 und der Hülse 108 Öffnungen 116 angeordnet. Das Kopfteil 122 hat einen Umfang P1 und die Hülse 108 hat einen Innen- und einen Außenumfang P2 und P3. Die Umfänge P1 und P2 sind im Wesentlichen gleich groß. Der Umfang P3 ist im Wesentlichen gleich groß wie die Größe der Öffnung A. Wenn die Kammer 111 mit unter Druck stehendem Öl gefüllt ist, ist der Verriegelungsstift 106 innerhalb der Öffnung A gesichert und bewegt sich nicht radial nach außen jenseits der der Arme 101 und 102 wegen der Hülse 108 und wird in Richtung D1 gezwängt, welche die einzige mögliche Richtung ist. Wenn der Verriegelungsstift 106 in Richtung D1 gezwängt wird, bewegt sich die Hülse 108 aber nicht mit in Richtung D1. Stattdessen bleibt die Hülse 108 auf der gleichen Stelle sowohl in der verriegelten als auch in der entriegelten Stellung der Verriegelungseinheit 105.
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In einer beispielhaften Ausführung hat das Tragelement 109 eine rechteckige Form und ist oberhalb der Hülse 108 innerhalb der Aussparung C des Arms 101 angeordnet. In der verriegelten Stellung, sind der Arm 102, der Verriegelungsstift 106, das Tragelement 109 und der Arm 101 miteinander ausgerichtet. Das Tragelement 109 stützt den Verriegelungsstift 106 ab, indem es Last von Arm 101 an Arm 102 weiterleitet, so dass der Verriegelungsstift 106 lediglich Druckkräften und keinen Scher- oder Biegekräften ausgesetzt wird. Wie oben beschrieben, fungiert das Tragelement 109 auch als Anschlag für den Arm 102.
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In einer beispielhaften Ausführung, in der in den Figuren gezeigten verriegelten Stellung, stößt das Ende 116 des Arms 102 gegen das Kopfteil 122 an. Wenn das Kopfteil 122 nach unten in die entriegelte Stellung gedrängt wird, ist der Arm 102 frei, um sich in die Umfangsrichtung CD1 zu drehen, bis er durch das anstoßende Tragelement 109 gestoppt wird.
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In einer beispielhaften Ausführung hat das Halsteil 121 eine erste Dicke, das Kopfteil 122 eine zweite Dicke und das Tragelement 109 eine dritte Dicke, und die Hülse 108 hat eine vierte Dicke, wobei die Summe der ersten und der zweiten Dicken gleich groß ist wie die Summe der dritten und der vierten Dicken.
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In einer beispielhaften Ausführung können die entsprechenden Basis-, Hals- und Kopfteile 120, 121, 122 des Verriegelungsstifts 106 durch zwei oder mehr Bauteile gebildet werden.
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In einer beispielhaften Ausführung mit einem Verriegelungsstift 106, der ein rechteckiges Basisteil 120, ein rechteckiges Halsteil 121 und ein rechteckiges Kopfteil 122 aufweist, kann die Masse des Kipphebels 100 kleiner sein als bei Kipphebeln, die andere bekannte Anordnungen von Verriegelungseinheiten verwenden. In einer beispielhaften Ausführung beträgt die Masse des Kipphebels 100 ungefähr 250 Gramm.
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In einer beispielhaften Ausführung wird der Kipphebel 100 innerhalb einer OHC Nockenwellen-Ventilanordnung einer Brennkraftmaschine verwendet, um Einlass- und Auslassventile zu öffnen und zu schließen.
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In der vorangehenden Beschreibung handelt es sich um beispielhafte Ausführungen. Die Beschreibung und die Zeichnungen sind deshalb als rein exemplarisch zu betrachten und nicht im Sinne einer Beschränkung.
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Es ist zu verstehen, dass verschiedene der oben offenbarten und andere Merkmale und Funktionen oder Alternativen davon, beliebig zu zahlreichen anderen Systemen oder Anwendungen kombiniert werden können. Verschiedene zurzeit nicht vorgesehene oder erwartete Alternativen, Modifikationen, Variationen oder Verbesserungen zu diesen durch Fachleute sind durch die folgenden Ansprüche eingeschlossen und sollen gleichfalls geschützt werden.
