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Gebiet der Erfindung
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Die Erfindung betrifft eine Aktorik zum Schalten eines Schlepphebels für einen Ventiltrieb einer Brennkraftmaschine gemäß der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 näher definierten Art.
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Aus
DE 102 57 705 A1 ist ein Schlepphebel eines Ventiltriebs einer Brennkraftmaschine bekannt. Der Schlepphebel weist einen Außen- und einen Innenhebel auf, die relativ zueinander verschwenkbeweglich angeordnet und über verlagerbare Koppelmittel miteinander koppelbar sind. Die Verlagerung der Koppelmittel für den Koppelfall bzw. für den Entkoppelfall wird durch Servomittel wie Hydraulikmittel und für den Entkoppelfall bzw. für den Koppelfall durch Beaufschlagungsmittel wie zumindest eine Druckfeder realisiert. Nachteilig wirkt sich bei dieser Ausgestaltung der Umstand aus, dass bei der Verlagerung der Koppelmittel durch Hydraulikmittelbeaufschlagung ein erhöhter Hydraulikdruck mit entsprechend erhöhter Pumpenleistung und erhöhtem Energieaufwand erforderlich ist. Zudem können andere Verbraucher, wie z.B. ein Nockenwellenversteller, im Betrieb starke Einbrüche des Hydraulikmittelrucks verursachen, wodurch es zur ungewollten Verlagerung der Koppelmittel und damit zum ungewollten Umschalten kommen kann. Ein weiteres Problem besteht darin, dass der Schaltzustand der Koppelmittel und damit der Schaltzustand des Schlepphebels nicht gehalten werden, wenn der Motor abgeschaltet wird. Dies ist beispielsweise der Fall, wenn die Start-Stop-Automatik aktiviert ist. Generell ist eine Tendenz zu verzeichnen, den von der Brennkraftmaschine zur Verfügung gestellten Hydraulikmitteldruck bzw. den Öldruck immer geringer einzustellen. Dadurch werden im Betrieb von anderen hydraulischen Komponenten verursachte Einbrüche des Hydraulikmitteldrucks immer häufiger.
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Außerdem wird der nutzbare Druckunterschied zwischen dem aktvierten und deaktivierten Schaltzustand geringer.
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Zusammenfassung der Erfindung
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, bei einer Aktorik der vorgenannten Art die beschriebenen Nachteile zu vermeiden.
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Die Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den jeweiligen Unteransprüchen, der Beschreibung und den Zeichnungen.
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Es wird eine Aktorik zum Schalten eines Schlepphebels für einen Ventiltrieb einer Brennkraftmaschine, mit einem zum Schalten zwischen zwei Endlagen verschiebbar angeordneten Verriegelungselement vorgeschlagen. Erfindungsgemäß ist zum Schalten das Verriegelungselement an einem verschiebbaren Schubelement mit einer Rampenkontur geführt. Da hierbei das Verriegelungselement durch das Schubelement in zumindest einer Endlage haltbar ist, muss die Stellgröße zum Schalten, insbesondere eine Hydraulikmittelbeaufschlagung, nach Beendigung des Schaltvorgangs nicht mehr vorliegen und kann abgeschaltet werden. Auf diese Weise werden Störungen beim Schalten des Schlepphebels sicher vermieden.
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In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist das Schubelement außerhalb des Schlepphebels angeordnet.
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Vorzugsweise ist dabei das Verriegelungselement mit einem freien Endabschnitt an einem Hebelendbereich des Schlepphebels am Hebelende überstehend angeordnet, wobei das Schubelement an dem am Hebelende überstehenden Endabschnitt des Verriegelungselements zur Führung angreift
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Es ist von Vorteil, wenn das Verriegelungselement und das Schubelement senkrecht zueinander verschiebbar angeordnet sind.
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Bevorzugt greift das Schubelement mit der Rampenkontur an einer komplementären Rampenkontur als Gegenkontur am Verriegelungselement zur Führung an. Vorzugsweise ist dabei zum Schalten durch eine Schubbewegung des Schubelements an den Rampenkonturen eine Schubkraft auf das Verriegelungselement zur Verschiebung desselben übertragbar.
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In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung sind die Rampenkonturen als Schrägen ausgeführt sind, die zur jeweiligen Bewegungsrichtung von Schubelement und Verriegelungselement geneigt verlaufen und plan parallel zueinander ausgerichtete sind. An den Schrägen liegen Schubelement und Verriegelungselement flächig aneinander an und sind zueinander verschiebbar angeordnet. Die Schrägen bilden hierbei jeweils eine schiefe Ebene.
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In einer bevorzugten besonders einfachen Ausgestaltung ist das Schubelement als Schubstange ausgeführt.
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Die Rampenkonturen können auf besonders einfache Weise jeweils an einem stirnseitigen Ende des Schubelements und des Verriegelungselements als komplementäre Schrägen ausgebildet sein.
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In einer alternativen Ausgestaltung greift das Schubelement in eine Aussparung am Verriegelungselement ein, die vorzugsweise als Nut oder Schlitz, bevorzugt an einer Ober- oder Unterseite des Verriegelungselements ausgeführt ist. Zur Führung wirkt dabei das Schubelement mit einer Rampenkontur an einer komplementären an der Aussparung in Verschieberichtung des Verriegelungselements begrenzenden Seitenwand ausgebildeten komplementären Rampenkontur zusammen. Diese Rampenkontur kann sich über die gesamte Seitenwand erstrecken. Bei dieser Variante ist durch Anordnung der Rampenkontur an einer der beiden in Verschieberichtung gegenüberliegenden Seitenwandabschnitte der Aussparung eine Führung durch das Schubelement in beiden Verschieberichtungen des Verriegelungselements möglich.
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Zum Halten des Verriegelungselements in einer Endlage durch das Schubelement kann eine Arretierung vorgesehen sein, durch die bei Erreichen der Endlage durch das Verriegelungselement das Schubelement feststellbar und bei Rückstellung desselben das Schubelement wieder lösbar ist. Beispielsweise ist es hierzu möglich, eine Rastkontur auszubilden, in die bei Erreichen der Endlage durch das Verriegelungselement das Schubelement einrastet und bei Rückstellung wieder ausrastet.
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Figurenliste
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Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung und aus den Zeichnungen, in denen mehrere Ausführungsbeispiele der Erfindung vereinfacht dargestellt sind. Es zeigen:
- 1 eine Ansicht eines ersten Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Aktorik für einen schaltbaren Schlepphebel in einem ersten Betriebszustand,
- 2 eine geschnittene Ansicht der Aktorik,
- 3 eine geschnittene Ansicht der Aktorik in einem zweiten Betriebszustand,
- 4 eine Ansicht eines zweiten Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Aktorik für einen schaltbaren Schlepphebel in einem ersten Betriebszustand,
- 5 eine Ansicht der Aktorik aus 4 in einem zweiten Betriebszustand,
- 6 eine geschnittene Ansicht der Aktorik aus 4 im ersten Betriebszustand,
- 7 eine geschnittene Ansicht der Aktorik aus 4 im zweiten Betriebszustand,
- 8 und 9 Einzelansichten eines Verriegelungselements der Aktorik aus 4 bis 7,
- 10 eine Ansicht eines dritten Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Aktorik für einen schaltbaren Schlepphebel in einem ersten Betriebszustand,
- 11 eine Ansicht der Aktorik aus 10 in einem zweiten Betriebszustand,
- 12 eine geschnittene Ansicht der Aktorik aus 11,
- 13 eine geschnittene Ansicht der Aktorik aus 10,
- 14 Einzelansicht eines Verriegelungselements der Aktorik aus 10 bis 13.
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Ausführliche Beschreibung der Zeichnungen
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In 1 bis 3 ist eine erfindungsgemäße Aktorik zum Schalten eines Schlepphebels 1 in einem ersten Ausführungsbeispiel dargestellt. Die Aktorik weist ein außerhalb des Schlepphebels 1 verschiebbar angeordnetes Schubelement 2 auf, das zur Betätigung eines zum Schalten des Schlepphebels 1 verschiebbar angeordneten Verriegelungselement 3 dient. Das Schubelement 2 ist als längsbeweglich angeordnete Schubstange ausgeführt. In einer Bohrung 8 an einem abstützseitigen Hebelende des Schlepphebels 1 ist das Verriegelungselement 3 als Verriegelungsbolzen zwischen zwei Endlagen verschiebbar angeordnet und ragt mit einem freien Endabschnitt 18 aus der Bohrung 8 am Hebelende heraus. Das Schubelement 2 greift mit einem Ende an dem aus der Bohrung 8 herausragenden freien Ende des Verriegelungselements 3 zur Führung an. Hierbei ist am angreifenden Ende des Schubelements 2 eine Rampenkontur 4 ausgebildet, die mit einer komplementären Rampenkontur 5 am besagten Ende des Verriegelungselements 3 als Gegenkontur zusammenwirkt. Schubelement 2 und Verriegelungselement 3 sind dabei, wie durch Pfeile angedeutet, senkrecht zueinander verschiebbar angeordnet.
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Die Rampenkonturen 4, 5 sind an den stirnseitigen Enden von Schubelement 2 und des Verriegelungselement 3 an den einander jeweils zugewandten Seiten ausgeführt. Sie werden durch komplementäre Schrägen gebildet, die als schiefe Ebenen jeweils mit einem Neigungswinkel, hier 45°, zur jeweiligen Bewegungsrichtung des Schubelements 2 und des Verriegelungselement 3 geneigt verlaufen. Die Schrägen laufen zu den jeweiligen Enden diese verjüngend hin spitz zu und bilden dort jeweils ein spitzes Ende. Sie bilden dabei planparallel zueinander ausgerichtete Kontaktflächen 6, 7, an denen das Schubelement 2 und das Verriegelungselement 3 flächig aneinander anliegen und zu einander verschiebbar angeordnet sind. Auf diese Weise ist zum Schalten des Schlepphebels 1 durch eine Schubbewegung des Schubelements 2 eine Schubkraft F an den Rampenkonturen 4, 5 auf das Verriegelungselement 3 zur Verschiebung desselben übertragbar (1). Während der Verschiebung gleiten die Rampenkonturen 4, 5 an den Kontaktflächen 6, 7.
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Wird das Schubelement 2 durch eine Schubbewegung mit der Schubkraft F auf das Verriegelungselement 3 zubewegt, wie durch den Pfeil angedeutet, gleitet das Schubelement 2 mit der Rampenkontur 4 entlang der Rampenkontur 5 (1). Dabei wird das Verriegelungselement 3 durch Übertragung der Schubkraft F gegen die Federkraft von Rückstellfedermitteln 9 (2), hier eine in der Bohrung 8 angeordnete Schraubendruckfeder, in die Bohrung 8 hineingedrückt bis in einer ersten Endlage des Verriegelungselements 3 ein Verriegelungszustand des Schlepphebels 1 erreicht ist. Zum Halten des Verriegelungszustands kann das Schubelement 2 in der Verrieglungsstellung durch eine nicht dargestellte Arretierung, beispielsweise eine Rastkontur, festgestellt werden. Dadurch kann die Schubkraft F abgeschaltet werden. Zur Rückstellung wird die Arretierung wieder gelöst und das Verriegelungselement 3 durch die Federkraft der Rückstellfedermitteln 9 aus der Bohrung 8 herausgedrückt bis in der zweiten Endlage des Verriegelungselements 3 ein Entriegelungszustand des Schlepphebels 1 erreicht ist (3). Dabei wird das Schubelement 2 durch eine Schubbewegung vom Verriegelungselement 3 wegbewegt und gleitet mit der Rampenkontur 4 entlang der Rampenkontur 5. Auf diese Weise wird der Schlepphebel 1 ohne Kraftaufwand der Aktorik kraftlos entriegelt. Die Bewegung des Verriegelungselements 2 in der Bohrung 8 wird dabei vorzugsweise durch Anschläge in beiden Endlagen des Verriegelungselements 2 begrenzt.
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In dem in 4 bis 7 dargestellten zweiten Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Aktorik für einen schaltbaren Schlepphebel greift das Schubelement 2 mit einer Rampenkontur 10 in eine Aussparung 11 am Verriegelungselement 3 ein. Die Aussparung 11 ist an dem aus der Bohrung 8 am abstützseitigen Hebelende des Schlepphebels 1 herausragenden Endabschnitt 18 des Verriegelungselements angebracht und als an der Unterseite des Verriegelungselements 3 durchgehende Nut ausgeführt. Diese die in Verschieberichtung des Schubelements 2 quer am Verriegelungselement 3 durchgeht. An der die Aussparung 11 in Verschieberichtung des Verriegelungselements 3 nach außen, d.h. in der von der Bohrung 8 abgewandten Richtung, begrenzenden Seitenwand ist eine zur Rampenkontur 10 komplementäre Rampenkontur 12 ausgebildet, mit der das Schubelement 2 zur Führung zusammenwirkt. Die Rampenkonturen 10, 12, sind analog zum ersten Ausführungsbeispiel, als Schrägen mit plan parallelen Kontaktflächen 13, 14, ausgeführt, an denen das Schubelement 2 und das Verriegelungselement 3 flächig aneinander anliegen und zu einander verschiebbar angeordnet sind. Die Rampenkontur 12 läuft an der Schräge auf die gegenüberliegende Seitenwand der Aussparung 11 zum ausgangsseitigen Ende hin zu. Dadurch wird die Aussparung 11 durch die Schräge in der Breite verringert.
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Zum Eingreifen in die Aussparung 11 wird das Schubelement 2 durch eine Schubbewegung mit einer Schubkraft F auf das Verriegelungselement 3 zubewegt, wie durch einen Pfeil angedeutet (4). Dabei gleitet es mit der Rampenkontur 10 entlang der Rampenkontur 12. Hierbei wird das Verriegelungselement 3 im Unterschied zum ersten Ausführungsbeispiel gegen die Federkraft der Rückstellfedermittel 9 aus der Bohrung 8 herausgezogen bis die zweite Endlage des Verriegelungselements 3 im Entriegelungszustand des Schlepphebels 1 erreicht ist (4 und 6). Zum Halten des Entriegelungszustands kann das Schubelement 2 in der Entriegelungsstellung wieder durch eine nicht dargestellte Arretierung, beispielsweise eine Rastkontur, festgestellt werden. Dadurch kann die Schubkraft F abgeschaltet werden. Zur Rückstellung wird das Verriegelungselement 3 durch die Federkraft der Rückstellfedermittel 9 in die Bohrung 8 hineingedrückt bis zu einem Anschlag in der Bohrung 8, an dem in der ersten Endlage des Verriegelungselements 3 der Verriegelungszustand des Schlepphebels 1 erreicht ist (7). Dabei wird das Schubelement 2 durch eine Schubbewegung vom Verriegelungselement 3 wegbewegt und die Arretierung wieder gelöst (5). Das Schubelement 2 gleitet mit der Rampenkontur 10 entlang der Rampenkontur 12. Auf diese Weise wird der Schlepphebel 1 ohne Kraftaufwand der Aktorik kraftlos verriegelt. Die Bewegung des Verriegelungselements 2 in der Bohrung 8 wird dabei vorzugsweise durch Anschläge in beiden Endlagen des Verriegelungselements 2 begrenzt.
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Gemäß 8 und 9 sind Einzelansichten des Verriegelungselements 3 aus 4 bis 7 dargestellt. Danach bildet das Verriegelungselement 3 einen Verriegelungsbolzen mit einer zylindrischen Grundform, der am Außendurchmesser mehrfach abgesetzt ist. An einem koppelseitigen Ende ist eine Abflachung mit einer planen Mitnehmer- und Anlagefläche 13 zum Koppeln vorgesehen. Die Aussparung 11 mit der Rampenkontur 12 ist am vom koppelseitigen Ende abgewandten Endabschnitt quer zur Längsrichtung, die der Verschieberichtung entspricht, durchgehend ausgebildet. Mitnehmer- und Anlagefläche 15 und Aussparung 11 sind dabei jeweils an voneinander radial abgewandten Seiten angeordnet. Die Rampenkontur 12 mit der planen Kontaktfläche 14 bildet die die Aussparung 11 in Längsrichtung zum freien Ende des Verriegelungselements 3 hin begrenzende Seitenwand und verläuft schräg zur Verschieberichtung auf die gegenüberliegende Seitenwand der Aussparung zu, wodurch die Aussparung 11 zum ausgangsseitigen Ende hin verjüngt wird.
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10 bis 14 zeigen eine Variante des zweiten Ausführungsbeispiels gemäß 4 bis 7. Bei dieser Variante ist in der Aussparung 11 eine komplementäre Rampenkontur 19 an der gegenüberliegenden in Verschieberichtung des Verriegelungselements 3 nach innen, d.h. in der der Bohrung 8 zugewandten Richtung, begrenzenden Seitenwand der Aussparung 11 angebracht. Dadurch ist in kinematische Umkehr des zweiten Ausführungsbeispiels eine Betätigung bzw. ein Schalten des Schlepphebels 1 entsprechend dem ersten Ausführungsbeispiel möglich. Durch Hineinfahren des Schubelements 2 mit der Rampenkontur 10 in die Aussparung 11 an der komplementären Rampenkontur 19 wird in analoger Weise zum ersten Ausführungsbeispiel in 1 bis 3 das Verriegelungselement 3 gegen die Federkraft der Rückstellfedermittel 9 in die Bohrung 8 hineinverschoben bis der Verriegelungszustand des Schlepphebels 1 erreicht wird (10 und 13). Zur Rückstellung wird das Schubelement 2 durch die Rückstellfedermittel 9 aus der Bohrung wieder herausgedrückt (11). Dabei wird das Schubelement 2 in der Aussparung 11 zurückbewegt bist bis der Entriegelungszustand des Schlepphebels 1 erreicht ist (12). Auf diese Weise wird der Schlepphebel 1 ohne Kraftaufwand der Aktorik kraftlos entriegelt. Die Bewegung des Verriegelungselements 3 in der Bohrung 8 wird dabei vorzugsweise wieder durch Anschläge in beiden Endlagen des Verriegelungselements 3 begrenzt.
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Das in einer Einzelansicht in 14 dargestellte Verriegelungselement 3 aus 10 bis 13 bildet am koppelseitigen Ende die Mitnehmer- und Anlagefläche 15. Am vom koppelseitigen Ende abgewandten Endabschnitt ist die Aussparung 11 ausgebildet. Die Rampenkontur 19 ist an der die Aussparung 11 in Richtung des koppelseitigen Endes begrenzenden Seitenwand ausgeführt. Die die Aussparung 11 wird dabei wie im zweiten Ausführungsbeispiel durch den Verlauf der Schräge an der Seitenwand zum Ausgangsseitigen Ende hin verjüngt.
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Das Schubelement 2 kann über verschiedene Stellgrößen, hydraulisch, elektrisch, mechanisch und pneumatisch, insbesondere über einen Aktor, angesteuert werden. Dabei ist es in besonders vorteilhafter Weise möglich, über einen Aktor mehrere Schubelemente 2 zum Schalten von mehreren Schlepphebeln 1 anzusteuern.
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Der schaltbare Schlepphebel 1 weist einen sogenannten Primärhebel 16 und einen an diesem schwenkbeweglich abgestützten sogenannten Sekundärhebel 17 auf ( 1 bis 7). Am Primärhebel 16 ist der Schlepphebel an einer Unterseite über ein nicht dargestelltes Abstützelement schwenkbeweglich abstützbar und an einem ventilseitigen Hebelendbereich mit einer Ventilauflage zur Betätigung zumindest eines nicht dargestellten Gaswechselventils der Brennkraftmaschine ausgeführt. Der Primärhebel 16 ist hier als Außenhebel ausgeführt, der den Sekundärhebel 17 als Innenhebel zumindest teilweise umfasst. Denkbar ist auch, den Sekundärhebel 17 als Außenhebel auszuführen, der den Primärhebel 16 als Innenhebel umfasst.
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Die Bohrung 8 ist am abstützseitigen Hebelendbereich ausgehend vom stirnseitigen Hebelende des Primärhebels 16 als axiale Durchgangsbohrung ausgebildet. Diese liegt mit einem inneren koppelseitigen Ende dem frei verschwenkbaren stirnseitigen Ende des Sekundärhebels 17 gegenüber (1 bis 3, 6 und 7). Zum Koppeln in seiner ersten Endlage ist das Verriegelungselement 3 mit der Mitnehmer- und Anlagefläche 15 am koppelseitigen Ende aus dem koppelseitigen Ende der Bohrung 8 herausschiebbar und in einer unverschwenkten Ausgangsstellung von Primär- und Sekundärhebel 16, 17 an einer korrespondierenden Koppelfläche an letzterem zum Koppeln anlegbar (7). Dabei befindet sich der Schlepphebel 1 im Verriegelungszustand, in der Primär- und Sekundärhebel 16, 17 gekoppelt sind. Zum entriegeln wird das Verriegelungselement 3 mit seinem koppelseitigen Ende wieder in die Bohrung 8 zurückgeschoben bis es seine zweite Endlage erreicht, in der Primär- und Sekundärhebel 16, 17 entkoppelt sind und sich der Schlepphebel 1 im Entriegelungszustand befindet (2 und 3). Im Entriegelungszustand kann der Sekundärhebel 17 mit seinem freien Ende zwischen dem Primärhebel 16 zur Unterseite durchschwingen und ist durch am abstützseitigen Hebelendbereich Drehfedermittel, insbesondere eine oder mehrere Drehschenkelfedern, in die unverschwenkte Ausgangstellung rückstellbar. Auf diese Weise sind Primär- und Sekundärhebel 16, 17 zum Schalten des Schlepphebels 1 durch Verschieben des Verriegelungselements 3 koppel- und entkoppelbar. In entkoppeltem Zustand führt der Sekundärhebel 17 im Allgemeinen eine Leerhubbewegung als sogenannte Lost-Motion-Bewegung aus. Der Sekundärhebel 17 ist so zu- oder abschaltbar, wodurch eine Ventilhubumschaltung oder eine Ventilabschaltung zur Zylinderabschaltung möglich ist.
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Je nach Ausführung können am Schlepphebel 1 an der Hebeloberseite Abgriffsmittel, insbesondere eine Nockenrolle und/oder Gleitflächen, zum Abgriff einer Nockenhubbewegung von einer nicht dargestellten Nockenwelle vorgesehen sein. Hier ist eine Nockenrolle am Sekundärhebel 16 vorgesehen.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Schlepphebel
- 2
- Schubelement
- 3
- Verriegelungselement
- 4
- Rampenkontur
- 5
- Rampenkontur
- 6
- Kontaktfläche
- 7
- Kontaktfläche
- 8
- Bohrung
- 9
- Rückstellfedermittel
- 10
- Rampenkontur
- 11
- Aussparung
- 12
- Rampenkontur
- 13
- Kontaktfläche
- 14
- Kontaktfläche
- 15
- Mitnehmer- und Anlagefläche
- 16
- Primärhebel
- 17
- Sekundärhebel
- 18
- Endabschnitt
- 19
- Rampenkontur
- F
- Schubkraft
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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