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Gebiet der Erfindung
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Die Erfindung betrifft einen schaltbaren Nockenfolger eines Ventiltriebs einer Brennkraftmaschine, insbesondere einen Schlepphebel, bestehend aus einem Außenhebel mit zwei Armen, zwischen denen ein Innenhebel relativ hierzu schwenkbeweglich über eine Drehachse gelagert ist, wobei zumindest der Innenhebel auf seiner Oberseite eine Nockenanlauffläche für mindestens einen Nocken einer Nockenwelle aufweist und der Nockenfolger an einem Ende an seiner Unterseite eine Anlagefläche, die mit einem Gaswechselventil zusammenwirkt, und an seinem anderen Ende eine Kontaktfläche für ein Abstützelement aufweist, weiterhin bestehend aus einem der Drehachse gegenüberliegenden zylinderartigen Gehäuse am Außenhebel, in dem ein federbelasteten Verriegelungskolben im Wesentlichen senkrecht zur Drehachse verschiebbar gelagert ist, und der in einer entriegelten Stellung den Innenhebel vom Außenhebel bewegungsmäßig trennt und in einer verriegelten Stellung den Innenhebel mit dem Außenhebel verbindet und mit einem Betätigungsmittel zum Verschieben des Verriegelungskolbens.
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Stand der Technik
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Als Nockenfolger werden in heutigen Hubkolbenbrennkraftmaschinen in der Regel Kipphebel, Schlepphebel oder Tasse zum Betätigen der Gaswechselventile verwendet, die bei heutigen Motoren von Nocken einer obenliegenden, im Zylinderkopf angeordneten Nockenwelle betätigt werden. Mit einem einfachen Kipphebel, Schlepphebel oder Tasse lässt sich der Hub des damit gesteuerten Ventils nicht beeinflussen.
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Um Kraftstoff zu sparen und die Effizienz der Brennkraftmaschine zu steigern, ist es bereits seit längerem bekannt, schaltbare Nockenfolger einzusetzen. Diese werden bei Brennkraftmaschinen dazu verwendet, den Hub der Gaswechselventile zu beeinflussen. Im einfachsten Fall wird ein sogenannter Nullhub realisiert, d. h. das zugeordnete Gaswechselventil öffnet nicht, obwohl ein Nocken einer sich drehenden Nockenwelle den Nockenfolger betätigt. Auch sind - je nach Ausgestaltung der schaltbaren Nockenfolger und der Nocken der Nockenwelle - Änderungen des Ventilhubes realisierbar.
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Aus der
DE 10 2007 029 465 A1 ist ein gattungsbildender, schaltbarer, aus einem Außen- und einem Innenhebel bestehender Schlepphebel für ein Ventiltrieb einer Brennkraftmaschine bekannt. Hierbei weist der Außenhebel zwei Arme auf. Zwischen diesen Armen ist der Innenhebel angeordnet. Auf den Oberseiten beider Hebel ist jeweils eine Nockenanlauffläche vorgesehen. Auf der Unterseite dieses Schlepphebels ist an einem Ende eine Anlagefläche für ein Gaswechselventil der Brennkraftmaschine vorgesehen. Dieser Anlagefläche gegenüberliegend ist eine Kontaktfläche ausgebildet, an der ein Abstützelement angreift. Miteinander verbunden sind beide Hebel auf einer Seite über eine gemeinsame Drehachse. Auf dieser Drehachse ist eine Feder angebracht, die den Innenhebel in seine obere Position drückt. Auf der anderen Seite weist der Außenhebel ein zylinderartiges Gehäuse auf, in dem ein federbelasteter Verriegelungskolben gleitend geführt ist. Der Verriegelungskolben kann in einer verriegelten Stellung den Innenhebel mit dem Außenhebel bewegungsmäßig verbinden, d.h. drückt der Nocken der Nockenwelle auf den Innenhebel, so wird das Gaswechselventil geöffnet. In der entriegelten Stellung ist der Innenhebel vom Außenhebel bewegungsmäßig getrennt. Dadurch kann der Innenhebel nicht das am Außenhebel anliegende Gaswechselventil betätigen. Allenfalls kann - je nach Ausgestaltung des Nockens - über eine am Außenhebel angebrachte Nockenanlauffläche eine Öffnungsbewegung des Gaswechselventils erfolgen.
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Nachteilig ist es bei dieser Ausgestaltung, dass der Verriegelungskolben über den Öldruck in der Brennkraftmaschine aktiviert wird. Bei einem hohen Öldruck schaltet der Verriegelungskolben, bei einem Absinken des Öldruckes schiebt die Feder des Verriegelungskolbens ihn wieder in die andere Position. Während der Aktivierung des Verriegelungskolbens muss der Öldruck konstant anliegen. Dies verlangt eine höhere Pumpenleistung der Öldruckpumpe als ohne schaltbare Schlepphebel. Durch andere Verbraucher im Ölkreislauf können starke Druckeinbrüche erfolgen, was zu einem ungewollten Schalten des Verriegelungskolbens führen kann. Bei Vorhandensein einer Star-Stopp-Automatik für die Brennkraftmaschine ist der Schaltzustand vor dem Abschalten nicht speicherbar. Der Verriegelungskolben steht beim Starten immer in seiner entriegelten Stellung.
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Aus der
WO 2016/197088 A1 ist es bekannt, bei schaltbaren Nockenfolgern anstelle einer hydraulischen Betätigung des Verriegelungskolbens einen elektromagnetisch arbeitenden Aktuator in Form einer Spule vorzusehen, die im bestromten Zustand den Verriegelungskolben in seine entriegelte Stellung gegen die Kraft einer Druckfeder hält. Bei stromloser Spule verschiebt die Druckfeder den Verriegelungskolben in die verriegelte Stellung. Die Anordnung ist so aufgebaut, dass ein Teil des Verriegelungskolbens direkt mit der Spule zusammenwirkt. Deshalb verlangt diese Anordnung eine Bestromung der Spule, solange wie der Verriegelungskolben in seiner entriegelten Stellung verharrt.
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Offenbarung der Erfindung
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Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die beschriebenen Nachteile zu vermeiden und ein Betätigungsmittel für einen schaltbaren Nockenfolger, insbesondere einen Schlepphebel, vorzuschlagen, das unabhängig vom Aufrechterhalten eines Öldruckes/einer Betätigungskraft bei einer Schaltposition ist.
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Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des kennzeichnenden Teils des unabhängigen Patentanspruches 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den von diesem abhängigen Patentansprüchen wiedergegeben, welche jeweils für sich genommen oder in verschiedenen Kombinationen miteinander einen Aspekt der Erfindung darstellen können.
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Danach geht die Erfindung von einem schaltbaren Nockenfolger eines Ventiltriebs einer Brennkraftmaschine, insbesondere einem Schlepphebel, aus. Der Nockenfolger besteht aus einem Außenhebel mit zwei Armen, zwischen denen ein Innenhebel schwenkbeweglich gegenüber dem Außenhebel über eine Drehachse gelagert ist. Zumindest der Innenhebel weist auf seiner Oberseite eine Nockenanlauffläche für mindestens einen Nocken einer Nockenwelle der Brennkraftmaschine auf. Der Nockenfolger weist an seiner Unterseite an einem Ende eine Anlagefläche und an seinem anderen Ende eine Kontaktfläche auf. Mit der Anlagefläche wirkt ein Gaswechselventil der Brennkraftmaschine zusammen, während an der Kontaktfläche ein Abstützelement vorgesehen ist. Weiterhin weist der Nockenfolger an seinem Außenhebel ein der Drehachse gegenüberliegendes zylinderartiges Gehäuse auf, in dem ein federbelasteter Verriegelungskolben im Wesentlichen senkrecht zur Drehachse verschiebbar gelagert ist und der in einer entriegelten Position den Innenhebel von dem Außenhebel bewegungsmäßig trennt und der in einer verriegelbaren Position den Innenhebel mit dem Außenhebel verbindet. Weiterhin ist ein Betätigungsmittel zum Verschieben des Verriegelungskolbens vorgesehen.
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Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass der Verriegelungskolben von einer aus einer Sekurit®-Mechanik bestehenden Umschalteinrichtung in seinen beiden Stellungen arretierbar ist und dass das Betätigungsmittel, als Elektromagnet ausgebildet, nur zum Umschalten aktivierbar ist.
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Durch die erfindungsgemäße Anordnung kann ein kleinbauender Elektromagnet verwendet werden, wobei nur geringe bauliche Veränderungen an bestehenden Nockenfolgern verlangt werden, aber deren Bauraum nicht vergrößert wird. Bei Verwendung einer Brennkraftmaschine mit mehreren Zylindern und/oder Hubventile und damit mehrerer schaltbarer Nockenfolger kann durch den Elektromagnet eine gezielte Ansteuerung einzelner Umschalteinrichtungen zum Erreichen einer gemeinsamen Ausgangslage aller schaltbarer Nockenfolger vorgenommen werden. Auch ist bei der erfindungsgemäßen Anordnung sichergestellt, dass die bei einem Abschalten der Brennkraftmaschine erreichte Stellung jedes schaltbaren Nockenfolgers für einen nachfolgenden Neustart erhalten bleibt.
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Die erfindungsgemäß verwendete Umschalteinrichtung basiert auf der aus der Kugelschreibertechnik bekannten und allseits bewährten Sekurit®-Mechanik. Natürlich kann auch im Rahmen der Erfindung anstelle der Sekurit®-Mechanik eine Kugelmechanik mit einer Herzkurve verwendet werden. Beiden Ausführungen gemeinsam ist der Vorteil, dass jede der beiden möglichen Endlagen rein mechanisch durch Rastpunkte ohne Energie von außen gehalten wird und dies auch bei abgeschalteter Brennkraftmaschine.
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Eine erste Ausführung der Sekurit®-Mechanik besteht darin, dass sie eine einseitig gezahnten Rasthülse, eine kronenförmig ausgestaltete drehbar auf dem Verrieglungskolben gelagerten Drehhülse und eine mit einer stirnseitigen Verzahnung versehenen Verriegelungshülse aufweist. Diese drei Hülsen lassen sich axial hintereinander angeordnet sehr einfach in das zylinderartige Gehäuse montieren. Auch bilden sie eine kompakte Bauform. Der erfindungsgemäß vorgesehene Elektromagnet kann hierbei innerhalb der Rasthülse angeordnet werden, so dass er keinen zusätzlichen axialen Bauraum benötigt. Hierbei wirkt der Elektromagnet direkt mit dem Verriegelungskolben zusammen und verschiebt ihn gegen die Kraft seiner Feder. Vorteilhaft wird hier nur eine Feder benötigt.
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Alternativ kann die Sekurit®-Mechanik aus einer tassenförmigen, axial verschiebbaren Druckhülse bestehen, die von dem Elektromagneten verschoben wird. Eine hülsenartige Rasthülse, die im Gehäuse ortsfest gelagert ist, sichert die Druckhülse gegen Verdrehen bei ihrer Betätigung. Anstelle einer Rasthülse können selbstverständlich auch deren Längsnuten auch durch Längsnuten auf der Innenseite des Gehäuses vorgesehen sein. Dies verringert die benötigten Einzelteile. Die Drehraste dient zur Verschiebung des Verriegelungskolbens in seine beiden Endpositionen und wird auch in der Rasthülse geführt. Damit wird eine einfach und zuverlässig arbeitende Umschalteinrichtung bereitgestellt, die den hohen Anforderungen an die Standzeit und die Aufrechterhaltung ihrer Funktionsfähigkeit gerecht wird. Der Elektromagnet kann in den Wandungen des topfförmigen Gehäuses angeordnet werden oder in den Wandungen der Rasthülse, wenn sie entsprechend modifiziert werden oder aber auch am freien Ende des topfförmigen Gehäuses angeflanscht werden. Dann erhöht sich allerdings der axiale Bauraum ein wenig.
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Damit die Drehraste eine ihrer Endpositionen an der Rasthülse finden kann, sind auf dem Umfang der Drehraste einzelne Rastnasen mit rechteckiger Kontur vorgesehen, deren eine Schmalseite eine Schräge aufweisen, wobei die Kontur der Rastnasen am Umfang der Drehraste derart ausgebildet ist, dass sie auch in den Längsnuten der Rasthülse geführt werden können, so dass die Drehraste darüber mit der Druckhülse in Kontakt gelangen kann. Anstelle von Rastnasen mit rechteckiger Kontur können auch andere Konturen verwendet werden, solange deren Führungsaufgabe nicht behindert ist.
Um den Aufbau der Umschalteinrichtung weiter zu vereinfachen, kann die Rasthülse an ihrer der Drehraste zugewandten Stirnseite eine umlaufende sägezahnartige Verzahnung aufweisen, wobei abwechselnd an jedem zweiten Zahngrund die axial verlaufende Längsnut eingearbeitet ist. Damit kann die Rasthülse selbst symmetrisch einfach aufgebaut werden. Sie dient nur zur Aufrechterhaltung einer Endstellung des Verriegelungskolbens. Selbstverständlich ist es auch möglich, die Verzahnung und die Längsnuten direkt im Gehäuse anzubringen. Durch die separate Rasthülse ist bei einem Verschleiß der Verzahnung und/oder der Nuten ein einfacher Austausch gegeben.
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Um eine gleiche Stellung auch in der anderen Endlage zu erzielen, ist es vorteilhaft, wenn die Druckhülse als einseitig offener Hohlzylinder ausgebildet ist, der in seinem Inneren eine Druckfeder aufweist, die sich an der Drehraste abstützt und dass die Druckhülse an ihrer offenen Stirnseite eine umlaufende zick-zack-förmige Verzahnung, vorteilhafterweise eine Hirth-Verzahnung, aufweist. Diese Verzahnung bildet eine Gegenverzahnung zu den Schrägen an den Rastnasen der Drehraste, so dass eine eindeutige Lage der Drehraste an der Druckhülse erzielt wird. Die Feder dient als Rückholfeder für die Druckhülse. Sie kann auch entfallen. Dann kann die aktuelle Stellung der Druckhülse beispielsweise von einem Sensor erfasst und von der Motorsteuerung ausgewertet werden. Dies kann dann auch dazu genutzt werden, alle Schlepphebel wieder in eine gemeinsame Ausgangslage zu versetzen, wenn der eine oder andere Schlepphebel aufgrund von Schaltfehlern eine nicht gewünschte Ausgangslage einnimmt.
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Um einen einfach aufgebauten Verriegelungskolben und einen Bauraum für seine Druckfeder zu erzielen, wird vorgeschlagen, den Verriegelungskolben als abgestuften Zylinder auszubilden, der an seiner der Drehraste zugewandten Stirnseite einen Flansch besitzt, an dem sich seine Druckfeder abstützt und dass an der dem Flansch gegenüberliegenden Endbereich eine Abflachung vorgesehen ist, die als Abstützfläche für den Innenhebel dient. Gleichzeitig kann diese Abflachung auch als Verdrehsicherung dienen, wenn im Gehäuse an geeigneter Stelle ein Haltestift vorgesehen ist, der über die Abflachung ein Verdrehen des Verriegelungskolbens verhindert. So muss an dem Innenhebel keine besondere Abstützfläche vorgesehen werden. Die Abflachung untergreift einfach eine Kante am Innenhebel.
Eine weitere Ausführung der Sekurit®-Mechanik besteht darin, dass die Umschalteinrichtung aus einer axial verschiebbaren Druckraste, einer axial verschiebbaren und drehbar gelagerten Verriegelungshülse und aus ortsfest angeordneten Führungsleisten besteht. Diese Umschalteinrichtung besteht aus wenigen Bauteilen, die mit einem einfach aufgebauten Verriegelungskolben zusammenwirken. An dem Nockenfolger brauchen keine wesentlichen Änderungen gegenüber hydraulisch betätigten Umschalteinrichtungen durchgeführt werden.
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Die Erfindung ist nicht auf die angegebene Kombination der Merkmale des unabhängigen Patenanspruches 1 und den von diesem abhängigen Patentansprüchen beschränkt. Es ergeben sich darüber hinaus weitere Möglichkeiten, einzelne Merkmale, insbesondere dann, wenn sie sich aus den Patentansprüchen, der nachfolgenden Beschreibung der Ausführungsbeispiele oder unmittelbar aus den Figuren ergeben, miteinander zu kombinieren. Außerdem soll die Bezugnahme der Patentansprüche auf die Figuren durch die Verwendung von Bezugszeichen den Schutzumfang der Patentansprüche auf keinen Fall auf die dargestellten Ausgestaltungsbeispiele beschränken.
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Figurenliste
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Zur weiteren Erläuterung der Erfindung wird auf die Zeichnungen verwiesen, in denen mehrere Ausführungsbeispiele vereinfacht dargestellt ist. Es zeigen:
- 1 eine perspektivische Ansicht eines schaltbaren Schlepphebels mit den erfindungsgemäß vorgesehenen Bauteilen in Explosionsansicht,
- 2 einen Längsschnitt durch den Schlepphebel nach 1 mit einem Verriegelungskolben und seiner Umschalteinrichtung in der verriegelten Position,
- 3 einen Längsschnitt durch den Schlepphebel nach 1 mit einem Verriegelungskolben und seiner Umschalteinrichtung in der entriegelten Position,
- 4a einen perspektivischen Teil-Längsschnitt durch das topfförmige Gehäuse mit einer zweiten Alternativen für den Aufbau der Umschalteinrichtung,
- 4b eine perspektivische Schnittdarstellung der Bauteile der Umschalteinrichtung nach 4a,
- 5a eine dritte Variante für den Aufbau der Umschalteinrichtung in Explosionsdarstellung mit einer perspektivischen Ansicht eines Schlepphebels,
- 5b einen Längsschnitt durch die Anordnung nach 5a mit zusammen gebauter Umschalteinrichtung.
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Ausführliche Beschreibung der Zeichnung
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1 zeigt in perspektivischer Ansicht einen schaltbaren Schlepphebel 1 als Nockenfolger für eine Brennkraftmaschine. Er besteht aus einem Außenhebel 2, dessen Mittelteil sich zu zwei Armen 3 erweitert. Zwischen diesen Armen 3 verläuft relativ verschwenkbeweglich hierzu ein Innenhebel 4. Dieser hat an seinem Mittelabschnitt 5 eine Rolle 6 (2, 3) als Anlauffläche für eine nicht näher dargestellten Nocken einer ebenfalls nicht näher dargestellten Nockenwelle. Je nach Ausgestaltung der Nockenwelle kann neben dem mit der Rolle 6 zusammenwirkenden Nocken auch ein Nocken vorgesehen werden, der mit einer Nockenanlauffläche auf einem oder beiden Armen 3 des Außenhebels 2 zusammenwirkt, wenn der Innenhebel 4 vom Außenhebel 2 entriegelt ist.
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Der Innenhebel 4 weist an einem Ende ein Querjoch 16 auf, an den sich der kastenartig geöffnete Mittelabschnitt 5 anschließt, welcher durch zwei balkenartige Arme 17 begrenzt ist. Die Arme 17 laufen an einem dem Querjoch 16 gegenüberliegenden Ende 15 aufeinander zu und bilden einen Steg 7, der nahezu orthogonal auf einer Längsmittelebene des Schlepphebel 1 verläuft. In diesem Endbereich ist eine Drehachse 10 im Außenhebel 2 angeordnet, die auch den Innenhebel 4 durchquert, so dass der Innenhebel 4 mit dem Außenhebel 2 verschwenkbar verbunden ist. Auf einer Unterseite 8 des Außenhebels 2 ist an diesem Ende 15 eine Anlagefläche 9 für ein ebenfalls nicht dargestelltes Gaswechselventil der Brennkraftmaschine vorgesehen (2). Der Außenhebel 2 umschmiegt den Innenhebel 4 soweit wie möglich, so dass ein sehr kompakter Schlepphebel 1 entsteht. Auch weist er damit ein geringes Massenträgheitsmoment auf.
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An einem dem Querjoch 16 benachbarten Ende 18 ist der Außenhebel 2 mit einem zylinderartigen Gehäuse 13 versehen, in dem ein noch weiter unten zu beschreibender Verriegelungskolben 20 und sein Betätigungsmittel 19 angeordnet sind. Das zylinderartige Gehäuse 13 weist an diesem Ende an seiner Unterseite 8 eine kalottenartig ausgebildete Kontaktfläche 14 für ein nicht näher gargestelltes Abstützelement auf (2).
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Rechtwinklig abstehend, ist an gegenüberliegenden Außenseiten an dem zylinderartigen Gehäuse 13 jeweils ein zylinderartiger Zapfen 11 angebracht, der von je einer Torsionsfeder 12 umschlossen wird. Diese Torsionsfeder 12 (auch Lost-Motion-Feder genannt) stützt sich einerseits an dem Außenhebel 2 und andererseits an dem Innenhebel 4 ab. Dadurch ist sichergestellt, dass der Innenhebel 4 mit seiner Rolle 6 immer in seiner obersten Endstellung steht, wenn er nicht von dem Nocken betätigt wird.
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In dem zylinderartigen Gehäuse 13 sind sowohl der Verriegelungskolben 20 als auch seine Umschalteinrichtung 21 wie auch die Betätigungseinrichtung 19 untergebracht. 1 zeigt die einzelnen Bauteile dieser Einrichtungen in axial hintereinander angeordneter Reihenfolge als Explosionsdarstellung.
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Die Betätigungseinrichtung 19 besteht aus einer Hülse 22 mit mittig angeordneter umlaufender Rippe 23 und einer elektrisch ansteuerbaren Spule 24. Hülse 22 und Spule 24 bilden einen Elektromagneten 25.
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Die Umschalteinrichtung 21 ist nach Art eines Kugelschreibers mit Sekurit®-Mechanik aufgebaut. Sie besteht aus einer Rasthülse 26, einer Drehhülse 27 und einer Verriegelungshülse 28. Die Rasthülse 26 ist nach Art eines Kronkorkens ausgebildet und weist auf ihrem Umfang einen Kranz von in Axialrichtung umgebogenen Zähnen 29 auf.
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Die Drehhülse 27 weist auf ihrem der Rasthülse 26 zugewandten Stirnseite ebenfalls eine Verzahnung 30 auf, die mit den Zähnen 29 korrespondiert, jedoch unterschiedliche Zahnflankenwinkel aufweist. Auf der der Verzahnung 30 abgewandten Stirnseite weist die Rasthülse 27 vier auf dem Umfang ihrer Stirnseite verteilt angeordnete Rastnasen 31 auf, deren freie Enden jeweils eine Abschrägung 32 besitzen.
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Die Verriegelungshülse 28 weist auf ihrer der Drehhülse 27 zugewandten Stirnseite ein sägezahnartiges Profil mit abwechselnd oben liegenden Verriegelungsabschnitten 33 und unten liegenden Entriegelungsabschnitten 34 auf. Diese Abschnitte besitzen eine zu den Rastnasen 31 der Drehhülse 27 kongruente Kontur. Damit können die Rastnasen 31 sowohl in den Verriegelungsabschnitten 33 als auch in den Entriegelungsabschnitten 34 einrasten. Die Abschrägungen 32 zusammen mit den korrespondierenden Abschrägungen am Grund der Verriegelungsabschnitte 33 und den Entriegelungsabschnitten 34 dienen dazu, dass die Drehhülse 27 sicher mit der Verriegelungshülse 28 verrasten kann.
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Der Verriegelungskolben 20 ist bolzenförmig ausgebildet und weist an einem Ende eine Abflachung 35 auf. Diese Abflachung 35 ist bei im zylinderartigen Gehäuse 13 eingebauten Verriegelungskolben 20 dem Querjoch 16 zugewandt. Im Bereich der der Abflachung gegenüberliegenden Stirnseite ist auf dem Umfang des Verriegelungskolbens eine umlaufende Rippe 36 angeordnet, auf der die Drehhülse 27 drehbar aber axial unverschiebbar angeordnet ist. An der freien Stirnseite des Verriegelungskolbens 20 stützt sich eine Druckfeder 37 ab.
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In 2 ist ein Längsschnitt durch den Schlepphebel 1 dargestellt, wobei sowohl die Betätigungseinrichtung 19 als auch die Umschalteinrichtung 21 mit dem Verriegelungskolben 20 in eine Bohrung 39 des Gehäuses 13 eingebaut sind. Hier ist die verriegelte Stellung dargestellt, d.h. es befindet sich der Verriegelungskolben 20 mit seiner Abflachung 35 unter dem Querjoch 16 des Innenhebels 4, so dass sich nur Innenhebel 4 und Außenhebel 2 gemeinsam bewegen können. Im Bereich der Abflachung ist in dem zylinderartigen Gehäuse 13 ein Haltestift 38 quer zur Abflachung angeordnet. Dieser Haltestift dient als Verdrehsicherung für den Verriegelungskolben 20. Er ist so angeordnet, dass er die Verfahrbewegungen des Verriegelungskolbens 20 während der Positionswechsel nicht behindert.
Weiterhin zeigt 2, dass das zylinderartige Gehäuse 13 eine abgestufte Bohrung 39 aufweist. Im durchmesserkleineren Bereich 20.1 befindet sich der Haltestift 38. Im sich anschließenden durchmessergrößeren Bereich 20.2 ist die Verriegelungshülse 28 fest eingebaut. Ihr schließt sich die auf der Rippe 36 drehbar gelagerte Drehhülse 27 an. Als Verschluss der Bohrung 39 und Abschluss des zylinderartigen Gehäuses 13 dient die Rasthülse 26, die über eine am Außenumfang ihrer Zähne 29 angeordnete Rippe in einer Nut am Innenumfang des zylinderartigen Gehäuses 13 unverrückbar gehalten wird. Innerhalb der Rasthülse wird die Hülse 22 über die Rippe 23 gehalten. Die Spule 24 ist auf dem Umfang der Hülse 22 befestigt. Die Druckfeder 37 stützt sich einerseits an einem Absatz im Inneren der Hülse 22 und andererseits an der freien Stirnseite des Verriegelungskolbens 20 ab. Die in 2 gezeigte verriegelte Stellung wird dadurch erreicht, dass die Rastnasen 31 der Drehhülse 27 in die Verriegelungsabschnitte 33 eingreifen. Durch ihre Kontur ist ein sicheres Halten des Verriegelungskolbens 20 in der verriegelten Stellung sichergestellt. Einer Bestromung des Hubmagneten 25 in der verriegelten Stellung bedarf es also nicht.
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In 3 ist der gleiche Längsschnitt wie in 2 gezeigt nur mit dem Unterschied, dass hier der Verriegelungskolben 20 in der entriegelten Stellung steht, d.h. die Abflachung 35 befindet sich außerhalb des Querjoches 16, so dass der Innenhebel 4 um die Achse 10 verschwenken kann, wenn er übers eine Rolle 6 von einem Nocken betätigt wird. Dann bleibt der Außenhebel 2 stehen und betätigt sein zugeordnetes Hubventil nicht.
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Um von der in 2 gezeigten Stellung in die in 3 gezeigte zu gelangen, wird der Elektromagnet 25 bestromt. Dadurch wird der Verriegelungskolben 20 gegen die Kraft der Druckfeder 37 in Richtung auf die Spule 24 gezogen. Das Ende des Verriegelungskolbens 20 dient also als Tauchanker für den Elektromagneten. Durch diese Verfahrbewegung gelangen zum Einen die Rastnasen 31 aus den Verriegelungsabschnitten 33 und zum Anderen gelangen die Zähne der Verzahnung 30 der Drehhülse 27 in Kontakt mit den Zahnflanken der Verzahnung 30. Dadurch wird die Drehhülse 27 soweit gedreht, bis die Rastnasen 31 in die Entriegelungsabschnitte 34 der Verriegelungshülse 28 gegenüber stehen. Wird nun der Elektromagnet 25 abgeschaltet, drückt die Druckfeder 37 den Verriegelungskolben 20 zurück, bis die Rastnasen 31 in die Entriegelungsabschnitte 34 einrasten können. In dieser Stellung bedarf es also auch keiner Bestromung des Elektromagneten 25. Beiden Stellungen des Verriegelungskolbens 20 sind also rein formschlüssig, lediglich das Umschalten von einer zur anderen Stellung bedarf der Bestromung des Elektromagneten 25.
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In 4a und 4b ist nur das Ende 18 des Schlepphebels 1 dargestellt mit einer zweiten Variante einer Sekurit® -Mechanik. Hier besteht die Umschalteinrichtung 21 aus einer Druckhülse 40, einer Rasthülse 41 und einer Drehraste 42, die koaxial zueinander angeordnet und ineinander gesteckt sind, wie 4a zeigt.
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Die Rasthülse 41 ist direkt in der Innenbohrung im zylinderartigen Gehäuse 13 ortsfest gelagert. Sie weist an ihrem äußeren Ende auf ihrem Umfang eine in Umgangsrichtung verlaufende Rippe 43 auf, die in einer Ausnehmung 44 im Gehäuse 13 gegen Verdrehen gesichert ist. Axial gehalten wird die Rasthülse 41 in dem zylinderartigen Gehäuse 13 von einem dort angeordneten Innenseegerring 45. Ihre der Rippe 43 gegenüberliegende Stirnseite weist ein sägezahnartiges Zahnprofil 46 auf. Es ist unterteilt in jeweils einen Verriegelungsabschnitt 46a und einen Entriegelungsabschnitt 46b. Am Grund eines jeden Entriegelungsabschnittes 46b ist eine Längsnut 47 angeordnet.
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Die Druckhülse 40 weist auf ihren Umfang verteilt vier rechtwinklig ausgebildete Führungsstege auf. Ihr vorderes offenes Ende weist ein regelmäßiges Zick-Zack-Profil auf. Dieses Profil dient sowohl der Verschiebung der Drehraste 42 als auch deren Halten in der entriegelten Position des Verriegelungskolbens 20. Die Führungsstege auf dem Außenumfang der Druckhülse 40 sind so dimensioniert, dass sie in den Längsnuten 47 der Rasthülse geführt werden können. Damit ist sichergestellt, dass die Druckhülse 40 nur axial verschoben, aber nicht gedreht werden kann.
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Wie insbesondere 4b zeigt, besteht die Drehraste 42 aus einem Zylinder, der auf beiden Seiten geschlossen ist. Auf einer Stirnseite weist die Drehraste 24 einen Zapfen 48 auf. Die gegenüberliegende Stirnseite ist leicht konvex gewölbt und liegt an der freien Stirnseite des Verriegelungskolbens 20 an. In diesem Bereich weist die Drehraste 42 auf ihrem Umfang verteilt vier Rastnasen 49 auf. Diese Rastnasen 49 sind von ihrer Breite und Höhe so dimensioniert, dass sie ebenfalls in den Längsnuten 47 der Rasthülse 41 geführt werden können.
Die Kontur des Verriegelungskolbens 20 ist ebenfalls in 4b zu sehen. Er weist zwei Stufen sowie an einer Stirnseite einen Flansch 20.3 auf. Im vorderen Bereich, also dem dem Flansch gegenüberliegenden durchmesserkleinsten Bereich, ist die Abflachung 35 angebracht. Sie ist auch hier in ihrer Länge so bemessen, dass der Verriegelungskolben von einer entriegelten Position zu einer verriegelten Position verschoben werden kann und hierbei der Haltestift 38 nicht behindert. Die mittlere Stufe dient zur Führung der Druckfeder 37, die sich einerseits am Flansch 20.3 und andererseits an einer Stufe der Innenbohrung im zylinderartigen Gehäuse 13 abstützt.
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Die Druckhülse 40 ist in der Rasthülse 41 geführt und ragt aus ihr mit ihrem freien Ende hinaus. Der Elektromagnet 25 ist hier entweder in der Rasthülse 41 eingearbeitet oder wird als separates Bauteil in axialer Verlängerung an der freien Stirnseite der Rasthülse 41 angeordnet, so dass die Druckhülse 40 von ihm umschlossen wird. Hier dient also die Druckhülse 40 als Tauchanker für den Elektromagneten.
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In der Druckhülse 40 und der Rasthülse 41 ist die Drehraste 42 geführt. Damit die Druckhülse 40 immer in ihrer Entstehung steht, ist im Inneren der Druckhülse eine Druckfeder 50 vorgesehen, die sich einerseits an der inneren Stirnseite der Druckhülse und andererseits an der Drehraste 42 abstützt. Hier dient der Zapfen 48 auch als Führung.
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In der in 4b gezeigten verriegelten Stellung ist die Abflachung unten die Unterseite des Querjoches 16 geschoben, so dass der Verriegelungskolben 20 eine Verschwenkbewegung des Innenhebels 4 um die Achse 10 blockiert, der Innenhebel 4 ist also mit dem Außenhebel 2 verbunden, so dass ein Herunterdrücken durch einen Nocken über die Rolle 6 ein Verschwenken des Schlepphebels 1 um das Abstützelement bewirkt und somit das Gaswechselventil betätigt wird. Dies ist die verriegelte Position des Schlepphebels.
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Auch hier wird zum Umschalten von einer Position zur anderen der Elektromagnet bestromt. Dadurch wird die Druckhülse 40 gegen die Kraft der Druckfeder 49 in Richtung auf den Verriegelungszapfen 20 verschoben. Dadurch werden über das Zick-Zack-Profil der Druckhülse die Rastnasen 49 der Drehraste 42 aus den Verriegelungsabschnitten 46a angehoben. Aufgrund ihrer Kontur können dann die Rastnasen an den Zahnflanken des Entriegelungsabschnittes 46a des Zahnprofils 46 entlang gleiten, bis sie in die Längsnuten 47 eintauchen können und wieder an dem Zick-Zack-Profil der Druckhülse anliegen. Dadurch kann die Druckfeder 37 den Verriegelungskolben 20 zurückziehen, so dass die Abflachung 35 aus dem Bereich des Querjochs 16 zurückgezogen wird. Damit ist die entriegelte Stellung erreicht, der Innenhebel 4 hat hier keine Verbindung mehr zum Außenhebel 2. Die Bestromung des Elektromagneten 25 wird abgeschaltet, so dass die Druckfeder 50 die Druckhülse 40 wieder in ihre Ausgangsposition fahren kann.
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Zum Verriegeln des Innenhebels 4 mit dem Außenhebel 2 wird wiederum die Druckhülse 40 von dem bestromten Elektromagneten 25 in Richtung auf den Verriegelungskolben 20 bewegt. Es läuft dann der umgekehrte Vorgang ab.
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Werden mehrere schaltbare Schlepphebel 1an einer Brennkraftmaschine vorgesehen, so ist es denkbar, dass durch häufige Schaltzyklen der eine oder andere Schlepphebel aus dem Takt gelangt. Um alle Schlepphebel wieder in eine einheitliche Ausgangsposition zu bringen, wird eine Resetfunktion benötigt. Hierzu wird durch Ansteuern der betroffenen Elektromagnete 25 einen Schaltvorgang ausgelöst wird, der den zugehörigen Verriegelungskolben 20 wieder in seine vordefinierte Ausgangsposition bringt. Überwacht werden kann jede Schaltbewegung einer Umschalteinrichtung 21 durch einen entsprechend gestalteten Sensor, der beispielsweise die Größe des Verfahrweges der Druckhülse 40 erfasst. Anstelle des Verfahrweges kann auch die Stellung der Druckhülse 40 erfasst werden, wenn deren Druckfeder 50 fortgelassen wird. Dann erreicht die Druckhülse 40 nur ihre ausgefahrene Endstellung, wenn sie von der Drehraste 42 in diese Position geschoben und gehalten wird. Dies bedeutet, dass der Innenhebel 4 vom Außenhebel 2 entkoppelt ist.
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In den folgenden 5a und 5b wird ein drittes Ausführungsbeispiel der Umschalteinrichtung 21 prinzipiell vorgestellt.
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In beiden Figuren ist - wie in 1 bis 3 - der gesamte Schlepphebel 1 dargestellt. Da bei ihm keinerlei Änderungen in 5a und 5b gegenüber den weiter oben beschriebenen Ausgestaltungen vorgenommen wurden, wird er hier nicht noch einmal beschrieben. Gleiche Bauteile sind auch mit gleichen Bezugsziffern versehen.
Auch in den in den 5a und 5b gezeigten Ausführungsbeispiel wird als Betätigungsmittel 19 ein Elektromagnet 25 verwendet, der auf ein Bauteil der Umschalteinrichtung 21 eine Axialkraft zum Verschieben des Verriegelungskolbens 20 von der entriegelten zur verriegelten Position und umgekehrt ausübt.
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Die Umschalteinrichtung 21 besteht hier aus einer Druckraste 51, einer Verriegelungshülse 52 und Führungsleisten 54.
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Die Druckraste 51 besitzt einen zylindrischen Körper 51a, mit an einer Stirnseite angeordneten durchmesserkleinerer Absatz 51b. An dem freien Ende der anderen Stirnseite weist der zylindrische Körper 51a eine umlaufende zick-zack-förmige Verzahnung 51c auf, die im eingebauten Zustand der Verriegelungshülse 52 gegenüberliegt. Abwechselnd zwischen der Verzahnung sind Längsnuten angeordnet, in die weiter unten beschriebene Führungsleisten 54 hineinragen können.
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Die der Druckraste 51 gegenüberliegende Verriegelungshülse 52 weist an ihrer der Druckraste zugewandten Stirnseite ebenfalls eine zick-zack-förmige Verzahnung 52a auf, die der Verzahnung 51c entspricht. Auf ihrem Umfang verteilt befinden sich Längsnuten 52b, die mit den weiter unten beschriebenen Führungsleisten 54 zusammenwirken.
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Der Verriegelungskolben 20 ist - wie in den vorhergehenden Ausführungsbeispielen - zylinderförmig ausgebildet und weist an seinem dem Querjoch 16 zugewandten Ende die Abflachung 35 auf. Auch ist im Bereich der Abflachung 35 in dem entsprechend ausgebildeten durchmesserkleineren Bereich 20.1 der Bohrung 39 im zylinderartigen Gehäuse 13 der Haltestift 38 vorgesehen.
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In 5b ist ein Längsschnitt durch das zylinderartige Gehäuse 13 mit eingebauter Umschalteinrichtung 21 und dem Elektromagneten 25 zu sehen, wobei der Verriegelungskolben 20 in seiner entriegelten Position steht. Umschlossen wird der Elektromagnet 25 sowie die Umschalteinrichtung von einem hülsenartigen Gehäuse 55. In dem Gehäuse 55 wird der Elektromagnet 25 von einer Führungshülse 53, die über einen umlaufenden Bund und dem flanschartigen Gehäuseende des Gehäuses 55 in der Bohrung 39 fixiert ist, gehalten. Die Führungshülse 53 weist auf ihrem inneren Umfang die Führungsleisten 54 auf, in denen die Verriegelungshülse teilweise geführt wird und so gegen Verdrehen gesichert ist. Die Führungsleisten 54 verlaufen in der entriegelten Stellung des Verriegelungskolbens 20 bis zu den Längsnuten in der Druckraste 51. Die Druckfeder 50 drückt die Druckraste 51 mit ihrer Verzahnung 51b in die Verzahnung 52a der Verriegelungshülse 52.
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Zum Umschalten in die verriegelte Position wird der Elektromagnet bestromt. Dadurch wird die Druckhülse 51 aus ihrer Lage nach 5a nach rechts verschoben. Dadurch wird ebenfalls die Verriegelungshülse 52 verschoben und damit auch Verriegelungskolben 20 unter das Querjoch 16 verschoben. Dadurch gelangen die Längsnuten 52b der Verriegelungshülse 52 außer Kontakt mit den Führungsleisten 54. Die Verriegelungshülse 52 kann nun aufgrund der Ausbildung der Verzahnungen 51b und 52a gedreht werden, so dann nun die Verzahnung 52a den Enden der Führungsleisten gegenüberliegt. Wird nun der Elektromagnet 25 abgeschaltet, drückt die Druckfeder 37 den Verriegelungskolben 20 und damit die Verriegelungshülse 52 ein wenig zurück, so dass sich nun die Verzahnung 52a an den Enden der Führungsleisten 54 abstützen kann. Damit bleibt der Verriegelungskolben 20 in der verriegelten Position.
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Zum Zurückkehren in die entriegelten Position wird wieder der Elektromagnet 25 bestromt, so dass die Druckraste 51 die Verriegelungshülse und damit den Verriegelungskolben wieder ein Stück nach rechts verschiebt, bis die Verzahnung 52a wieder beabstandet von den Enden der Führungsleisten liegt. Aufgrund der Ausgestaltung der Verzahnungen 51b und 52a wird nun die Verriegelungshülse 52 wieder gedreht, so dass ihre Längsnuten wieder mit den Führungsleisten 54 fluchten. Bei einem Abschalten des Elektromagneten 25 kann dann die Druckfeder 37 den Verriegelungskolben 20 wieder in die Ausgangsposition nach 5b zurückdrücken. Aufgrund der Druckfeder 50 ist gewährleistet, dass die Druckraste 51 immer in Kontakt mit der Verriegelungshülse 52 bleibt. Die Kraft der Druckfeder 50 ist hierbei wesentlich geringer als die Kraft der Druckfeder 37.
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Bei diesem Ausführungsbeispiel fungiert also der Absatz 51b der Druckraste 51 als Tauchanker. Die oben beschriebene Resetfunktion kann selbstverständlich auch hier vorgesehen werden.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Schlepphebel
- 2
- Außenhebel
- 3
- Arme von 2
- 4
- Innenhebel
- 5
- Mittelabschnitt von 4
- 6
- Rolle
- 7
- Steg
- 8
- Unterseite von 1
- 9
- Anlagefläche
- 10
- Achse
- 11
- Zapfen
- 12
- Torsionsfeder
- 13
- zylinderartiges Gehäuse
- 14
- kalottenartige Kontaktfläche
- 15
- Ende gegenüber von 18
- 16
- Querjoch
- 17
- Arme von 4
- 18
- Ende von 2 gegenüber 15
- 19
- Betätigungseinrichtung
- 20
- Verriegelungskolben
- 20.1
- durchmesserkleinerer Bereich von 39
- 20.2
- durchmessergrößerer Bereich von 39
- 20.3
- Flansch von 20
- 21
- Umschalteinrichtung
- 22
- Hülse
- 23
- Rippe
- 24
- Spule
- 25
- Elektromagnet
- 26
- Rasthülse
- 27
- Drehhülse
- 28
- Verriegelungshülse
- 29
- Zähne an 26
- 30
- Verzahnung von 27
- 31
- Rastnasen an 27
- 32
- Abschrägung an 31
- 33
- Verriegelungsabschnitt an 28
- 34
- Entriegelungsabschnitt an 28
- 35
- Abflachung an 20
- 36
- umlaufende Rippe
- 37
- Druckfeder
- 38
- Haltestift
- 39
- Bohrung in 13
- 40
- Druckhülse
- 41
- Rasthülse
- 42
- Drehraste
- 43
- Rippe
- 44
- Ausnehmung
- 45
- Innenseegerring
- 46
- Zahnprofil
- 46a
- Verriegelungsabschnitt
- 46b
- Entriegelungsabschnitt
- 47
- Längsnut
- 48
- Zapfen
- 49
- Rastnase
- 50
- Druckfeder
- 51
- Druckraste
- 51a
- zylindrischer Körper
- 51b
- Absatz an 51
- 51c
- Verzahnung an 51
- 52
- Verriegelungshülse
- 52a
- Verzahnung an 52
- 53
- Führungshülse
- 54
- Führungsleiste
- 55
- Gehäuse
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102007029465 A1 [0004]
- WO 2016/197088 A1 [0006]
