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Gebiet der Erfindung
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Die Erfindung betrifft einen schaltbaren Schlepphebel für einen Ventiltrieb einer Brennkraftmaschine gemäß der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 näher definierten Art.
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Üblicherweise werden in schaltbaren Schlepphebeln, wie zum Beispiel aus
US 5 544 626 A bekannt, zum Schalten zwischen einem sogenannten Verriegelungszustand und einem sogenannten Entriegelungszustand hydraulisch-mechanische Schaltmechanismen eingesetzt. Nachteilig ist dabei der Umstand, dass bei niedriger Drehzahl der Brennkraftmaschine nicht ausreichender hydraulischer Druck zum Schalten bereitgestellt werden kann.
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Weiterhin ist in
US 5 544 626 A ein schaltbarer Schlepphebel mit einem elektromagnetischen Schaltmechanismus gezeigt, der an einem abstützseitigen Ende einen parallel zur Längserstreckung des Schlepphebels angeordneten Elektromagneten aufweist. Diese Ausgestaltung erfordert eine an den Schlepphebel angebaute Zusatzvorrichtung, die die axiale Baulänge und das Gewicht vergrößert.
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Zusammenfassung der Erfindung
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen schaltbaren Schlepphebel der vorgenannten Art vorzuschlagen, der einfach und bauraum- sowie gewichtssparend aufgebaut ist und die vorbeschriebenen Nachteile vermeidet.
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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 ein schaltbarer Schlepphebel für einen Ventiltrieb einer Brennkraftmaschine mit einem Primärhebel und einem an diesem schwenkbeweglich abgestützten Sekundärhebel vorgeschlagen, wobei Primär- und Sekundärhebel zum Schalten durch ein in einer Bohrung zwischen zwei Endlagen verschiebbar angeordnetes Koppelelement koppelbar sind. Erfindungsgemäß ist ein zumindest teilweise in der Bohrung angeordneter piezoelektrischen Aktor vorgesehen, durch den das Koppelelement in zumindest einer Endlage in der Bohrung radial verklemmbar ist. Der auf diese Weise in den Schlepphebel integrierbare piezoelektrische Aktor ermöglicht eine bauraum- und gewichtssparende Anordnung. Zudem ist der Schlepphebel mit kürzeren Schaltzeiten einfach schaltbar.
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Bevorzugt weist der piezoelektrische Aktor einen in der Bohrung angeordneten Spannring auf, der das Koppelelement koaxial umfasst und piezoelektrisch im Durchmesser geringfügig veränderbar ist. Auf diese Weise ist das Koppelelement durch Zusammenziehen des Spannrings verklemmbar und durch Aufweitung des Spannrings wieder lösbar bzw. in der Bohrung verschiebbar.
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Vorzugsweise ist dabei der Spannring mit dem Innendurchmesser am Außendurchmesser des Koppelelements und mit dem Außendurchmesser am Innendurchmesser der Bohrung abgestützt.
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Der Spannring ist piezoelektrisch im Durchmesser einfach veränderbar, wenn zumindest ein mehrlagiges Piezoelement in den Spannring integriert ist. Mehrlagige Piezoelemente werden auch als Multilayer-Elemente, Piezostack oder Piezostapel bezeichnet.
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Vorzugsweise ist das Koppelelement durch das Federelement in eine Primär- und Sekundärhebel koppelnde erste Endlage vorgespannt.
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Es ist besonders vorteilhaft, wenn das Koppelelement aus der ersten Endlage auf mechanische Weise in eine Primär- und Sekundärhebel entkoppelnde zweite Endlage verschiebbar ist. Hierzu ist vorzugsweise am Innenhebel eine Führungskontur vorgesehen, an der das Koppelelement im Kontakt durch Verschwenken des Innenhebels in die zweite Endlage verschiebbar ist.
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Bevorzugt bildet die Führungskontur am koppelseitigen Ende des Sekundärhebels eine Rampe, an der das Koppelelement beim Verschwenken des Sekundärhebels verschiebbar geführt ist.
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Es ist weiterhin vorteilhaft, wenn der piezoelektrische Aktor in einen abstützseitigen Hebelendbereich des Primärhebels integriert ist, an dem dieser zugleich schwenkbeweglich abstützbar ist.
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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 ein Ausführungsbeispiel der Erfindung vereinfacht dargestellt ist. Es zeigen:
- 1 eine Schnittdarstellung eines erfindungsgemäßen schaltbaren Schlepphebels für einen Ventiltrieb einer Brennkraftmaschine in einem ersten Betriebszustand,
- 2 eine Schnittdarstellung des schaltbaren Schlepphebels für einen Ventiltrieb einer Brennkraftmaschine in einem zweiten Betriebszustand.
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Ausführliche Beschreibung der Zeichnungen
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Der in 1 und 2 beispielhaft dargestellte erfindungsgemäße schaltbare Schlepphebel für einen Ventiltrieb einer Brennkraftmaschine weist einen Primärhebel 1 und einem an diesem schwenkbeweglich abgestützten Sekundärhebel 2 auf. Primär- und Sekundärhebel 1, 2 sind durch ein zum Schalten in einer Bohrung 3 im Primärhebel 1 zwischen zwei Endlagen hin und her verschiebbar angeordnetes Koppelelement 5 koppelbar. Dieses ist in einer ersten Endlage durch die Federkraft von Federmitteln 4 mit einem koppelseitigen Ende aus einem koppelseitigen Ende der Bohrung 3 herausschiebbar (2) und mit einem korrespondierend gegenüberliegenden koppelseitigen Ende des Sekundärhebels 2 koppelbar. Zum Entkoppeln ist das Koppelelement 5 in Kontakt mit einer Führungskontur 6 am Sekundärhebel 2 durch eine Schwenkbewegung desselben in eine in die Bohrung 3 zurückgezogene zweite Endlage zurückschiebbar (1). Das federbelastete Koppelelement 5 ist hierbei an der Führungskontur 6 ähnlich wie an einer Kurvenscheibe durch die Schwenkbewegung des Sekundärhebels 2 in die Bohrung 3 verschiebbar.
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Das Koppelelement 5 ist als zweifach am Außendurchmesser abgesetzter zylindrischer Koppelbolzen ausgeführt. Zum Schalten des Koppelelements 5 ist in der Bohrung 3 ein piezoelektrischer Aktor 9 angeordnet, durch den das Koppelelement 5 in den Endlagen in der Bohrung 3 radial verklemmbar ist. Der Aktor 9 besteht aus einem Spannring 10, der das Koppelelement 5 am vom koppelseitigen Ende abgewandten Endabschnitt koaxial umfasst. Zur Aufnahme des Spannrings 10 ist die Bohrung 3 an einem vom koppelseitigen Ende abgewandten Endabschnitt mit einem Ringabsatz 7 am Innendurchmesser aufgeweitet. Dabei ist der Spannring 10 einerseits mit dem Innendurchmesser auf dem Außendurchmesser des Koppelelements 5 und andererseits mit dem Außendurchmesser am Innendurchmesser des aufgeweiteten Endabschnitts der Bohrung 3 abgestützt. Er liegt zugleich mit einem stirnseitigen axialen Ende am Ringabsatz 8 ringförmig in Wirkrichtung der Federkraft der Federmittel 4 axial an.
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In den Spannring 10 sind mehrere Piezoelemente 11 integriert, die mehrlagig als sogenannte Multilayer-Elemente, Piezo Stack oder Piezostapel ausgeführt sind. Durch die Piezoelemente 11 ist der Spannring 10 im Durchmesser veränderbar, wodurch sich dieser um das Koppelelement 5 zusammenziehen oder wieder lockern kann. Durch Aktivieren des Aktors 9 mit Hilfe der Piezoelemente 11 dehnt sich der Spannring 10 im Durchmesser geringfügig aus, wodurch das Koppelelement 5 in der Bohrung 3 axial verschiebbar ist. Durch Deaktivieren des Aktors 9 zieht sich der Spannring 10 um das Koppelelements 5 zusammen und hält es in der Position.
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Befindet sich das Koppelelement 5 in der Primär- und Sekundärhebel 2 koppelnden ersten Endlage im sogenannten Verriegelungszustand des Schlepphebels (2), steht das Koppelelement 5 in Kontakt mit einer Rampe 8 der Führungskontur 6. An der Rampe 8 geführt ist das Koppelelement 5 durch die Schwenkbewegung des Sekundärhebels 2 in die Bohrung 3 in die Primär- und Sekundärhebel 1, 2 entkoppelnde zweite Endlage zurückschiebbar (1). Dabei vollführt der Sekundärhebel 2 aus einer unverschwenkten Ausgangsstellung eine Abschwenkbewegung zur Hebelunterseite, in der Bildebene zum unteren Bildrand hin. Durch Deaktivieren des Aktors 9 zieht sich der Spannring 10 um das Koppelelement 5 zusammen und kann es in der in der Bohrung 3 zurückgezogenen zweiten Endlage halten. In dem vom Primärhebel 1 entkoppelten Entriegelungszustand des Schlepphebels ist der Sekundärhebel 2 gegenüber dem Primärhebel 1 frei verschwenkbar. Um wieder in die koppelnde erste Endlage zu gelangen, kann einfach mittels des piezoelektrischen Aktors 9 der Durchmesser des Spannrings 10 vergrößert werden. Dadurch wird das Koppelelement 5 in der Bohrung 3 durch die Federkraft der Federmittel 4 in die ausgefahrene erste Endlage verschoben. Durch Verschwenken des Sekundärhebels 2 zur Hebeloberseite hin gelangt das Koppelelement 5 in Kontakt mit der Führungskontur 6 an der Rampe 8 in den Verriegelungszustand (2).
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Die Federmittel 4 sind als eine koaxial in der Bohrung 3 angeordnete Schraubendruckfeder ausgebildet. Diese ist mit einem Ende an einem in der Bohrung 3 axial fixierten Federabstützelement abgestützt und greift mit dem anderen Ende in eine Sacklochbohrung am vom koppelseitigen Ende abgewandten Ende des Koppelelements 5 ein.
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Das Koppelelement 5 ist am koppelseitigen Endabschnitt mit einer Abflachung an einem in der Bohrung 3 quer angeordneten Stift über den gesamten Verschiebeweg formschlüssig verdrehgesichert geführt. Durch die Verdrehsicherung wird eine genaue Lagezuordnung bzw. Ausrichtung der Abflachung mit einer Koppelfläche am koppelseitigen Ende zu der Rampe 8 am Sekundärhebel 2 gewährleistet.
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Im Verriegelungszustand überträgt der Schlepphebel eine Nockenhubbewegung von einer nicht dargestellten Nockenwelle auf zumindest ein ebenfalls nicht dargestelltes Gaswechselventil der Brennkraftmaschine. Im Entriegelungszustand wird am Schlepphebel entweder ein unterschiedliches Ventilhubprofil oder es wird keine Hubbewegung übertragen. Während des Betriebs treibt die Nockenwelle permanent eine am Sekundärhebel 2 angeordnete Nockenrolle 12 an und überträgt eine Nockenhubbewegung.
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Der Primärhebel 1 ist an einem abstützseitigen Hebelendbereich mit einer kalottenförmigen Auflagerfläche 13 an einem nicht dargestellten Abstützelement, insbesondere mit hydraulischer Ventilspielausgleichsfunktion, schwenkbeweglich abstützbar. Am ventilseitigen Hebelendbereich weist der Primärhebel 1 an der Hebelunterseite eine Ventilkontaktfläche 14 zur Betätigung zumindest eines Gaswechselventils der Brennkraftmaschine auf. Der Sekundärhebel 2 ist mit einem Ende über eine quer zur Hebellängsrichtung angeordnete Schwenkachse schwenkbeweglich am ventilseitigen Hebelendbereich des Primärhebels 1 angebunden.
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Der Primärhebel 1 ist hier als Außenhebel ausgeführt, der den Sekundärhebel 2 als Innenhebel zumindest teilweise umfasst. Primär- und Sekundärhebel 1, 2 weisen jeweils an den Längsseiten zumindest abschnittsweise parallel gegenüberliegende Seitenwände auf, wobei in der unverschwenkten Grundstellung die Seitenwände des Sekundärhebels 2 von den Seitenwänden des Primärhebels 1 umfasst sind. Die Nockenrolle 12 ist zwischen den Seitenwänden des Sekundärhebels 2 angeordnet und über eine Nockenrollenachse an diesen abgestützt. Denkbar ist auch, den Sekundärhebel 2 als Außenhebel auszuführen, der den Primärhebel 1 als Innenhebel zumindest teilweise umfasst.
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Am abstützseitigen Hebelendbereich ist in einen gehäuseartigen Abschnitt des Primärhebels 1 der Verriegelungsmechanismus integriert, der die in Hebellängsrichtung verlaufenden Bohrung 3 mit dem zum Schalten des Schlepphebels zwischen einer Entriegelungs- und einer Verriegelungsstellung hin und her verschiebbar angeordneten Koppelelement 5 umfasst. Die Bohrung 3 ist am abstützseitigen Hebelendbereich des Primärhebels 1 ausgehend vom stirnseitigen Hebelende als axiale Durchgangsbohrung ausgebildet. Diese liegt mit dem inneren koppelseitigen Ende dem frei verschwenkbaren stirnseitigen Ende des Sekundärhebels 2 gegenüber. Zum Schalten des Schlepphebels ist das Koppelelement 5 einerseits durch Schwenkbewegung des Sekundärhebels 2 und andererseits durch die Federmittel 4 zwischen erster und zweiter Endlage hin und her verschiebbar und in den Endlagen durch den piezoelektrischen Aktor 9 zum Schalten haltbar oder lösbar ist. Alternativ kann auch eine Querbohrung mit zumindest einem Koppelelement zum Koppeln von Primär- und Sekundärhebel 1, 2 vorgesehen sein.
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Im Entriegelungszustand (1) kann der Sekundärhebel 2 mit seinem freien Ende zwischen den Seitenwandabschnitten des Primärhebels 1 zur Unterseite durchschwingen und ist durch am abstützseitigen Hebelendbereich angeordnete Drehfedermittel in die unverschwenkte Ausgangstellung rückstellbar. Auf diese Weise sind Primär- und Sekundärhebel 1, 2 zum Schalten des Schlepphebels 1 koppel- und entkoppelbar. In entkoppeltem Zustand führt der Sekundärhebel 2 im Allgemeinen eine Leerhubbewegung als sogenannte Lost-Motion-Bewegung aus. Der Sekundärhebel 2 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 der nicht dargestellten Nockenwelle vorgesehen sein. Hier ist eine Nockenrolle 12 am Sekundärhebel 2 angeordnet.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Primärhebel
- 2
- Sekundärhebel
- 3
- Bohrung
- 4
- Federmittel
- 5
- Koppelelement
- 6
- Führungskontur
- 7
- Ringabsatz
- 8
- Rampe
- 9
- Aktor
- 10
- Spannring
- 11
- Piezoelement
- 12
- Nockenrolle
- 13
- Auflagerfläche
- 14
- Ventilkontaktfläche
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- US 5544626 A [0002, 0003]
