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Die Erfindung betrifft einen variablen Ventiltrieb einer Brennkraftmaschine mit mindestens einem Gaswechselventil gleicher Funktion pro Zylinder, dessen Ventilhub jeweils durch Nocken einer Nockenwelle vorgegeben sowie mittels eines schaltbaren Schlepphebels, der einen ersten Hebel und einen zweiten Hebel aufweist, selektiv auf mindestens ein zugeordnetes Gaswechselventil übertragbar ist, wobei einer der beiden Hebel mit seinem einen Ende an einem zugeordneten, gehäuseseitig gelagerten Abstützelement sowie mit seinem anderen Ende an einem Ventilschaft des zugeordneten Gaswechselventils abgestützt ist, wobei dieser erste Hebel zwischen seinen beiden Enden mit einem gegebenenfalls zugeordneten Nocken in Abgriffkontakt ist, bei dem der zweite Hebel jeweils schwenkbar an dem ersten Hebel gelagert angeordnet ist, mit einem zugeordneten Nocken mittels einer Rolle in Abgriffkontakt ist sowie mittels einer Koppeleinrichtung mit dem ersten Hebel schwenkfest koppelbar ist, wobei jede Koppeleinrichtung mittels eines langgestreckten Betätigungselements betätigbar ist, an dem für jede Koppeleinrichtung eine Blattfeder angeordnet ist, und wobei das langgestreckte Betätigungselement entgegen einer Rückstellkraft einer Rückstelleinrichtung mittels eines Linearaktuators aus einer Verriegelungsposition in eine Entriegelungsposition längsverschiebbar ist.
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Ein solcher variabler Ventiltrieb ist aus der nicht vorveröffentlichten
DE 10 2017 101 792 A1 bekannt. Dieser Ventiltrieb weist eine Vielzahl von schaltbaren Schlepphebeln auf, die mittels eines längsverschiebbar an einem Zylinderkopf geführten langgestreckten Betätigungselements betätigbar sind, wobei dieses Betätigungselement für jeden der zu betätigenden Schlepphebel ein vorzugsweise als eine Blattfeder ausgebildetes Verbindungselement aufweist. Das axiale Verschieben des langgestreckten Betätigungselements erfolgt durch einen bevorzugt als Elektromagneten ausgeführten Linearaktuator. Durch das zeitweise Bestromen und Stromlosschalten des Elektromagneten wird dessen Stößel zum Verschieben des langgestreckten Betätigungselement axial ein- oder ausgefahren.
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Aufgrund der gemeinsamen Betätigung der zugeordneten Schlepphebel mittels des langgestreckten Betätigungselements und den daran befestigten blattfederartigen Verbindungselementen kann es im Zusammenwirken mit einer zeitlich schnellen beziehungsweise höherfrequenten Ansteuerung des zum Verschieben des langgestreckten Betätigungselements dienenden Elektromagneten zu unerwünschten Schwingungserscheinungen und damit einhergehend zu Fehlschaltungen von Schlepphebeln kommen. Dies liegt daran, dass der Linearaktuator eine sehr kurze Bewegungsdauer seines Ankers von einer Ausgangsstellung in eine axial maximale Endstellung aufweist, in welcher er das langgestreckte Betätigungselement axial verschiebt. Diese kurze Bewegungsdauer wirkt wie ein Impuls, wodurch das langgestreckte Betätigungselement aus dessen Ruhestellung stark beschleunigt wird. Hierdurch verliert dieses Betätigungselement seinen Kontakt zum Stößel des Linearaktuators, spätestens dann, wenn dieser in seine Endlage zurückfährt. Das langgestreckte Betätigungselement wird dann anschließend durch einen Rückstellmechanismus abgebremst und zum Stößel des Linearaktuators beschleunigt zurückbewegt, bis es an dem Stößel anschlägt. Bei dem geschilderten Bewegungsablauf entstehen, wie 5 veranschaulicht, nachteilige Schwingungen im Linearaktuator, in dem langgestreckten Betätigungselement, in den Blattfedern und in den schaltbaren Schlepphebeln.
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Der Erfindung lag daher die Aufgabe zugrunde, einen Ventiltrieb mit schaltbaren Schlepphebeln der eingangs geschilderten Art vorzustellen, der mittels eines Linearaktuators schwingungsreduziert verstellbar ist.
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Die Lösung dieser Aufgabe wird mit einem variablen Ventiltrieb erreicht, der die Merkmale des Anspruchs 1 aufweist. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den abhängigen Ansprüchen definiert.
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Demnach geht die Erfindung aus von einem variablen Ventiltrieb einer Brennkraftmaschine mit mindestens einem Gaswechselventil gleicher Funktion pro Zylinder, dessen Ventilhub jeweils durch Nocken einer Nockenwelle vorgegeben sowie mittels eines schaltbaren Schlepphebels, der einen ersten Hebel und einen zweiten Hebel aufweist, selektiv auf mindestens ein zugeordnetes Gaswechselventil übertragbar ist, wobei einer der beiden Hebel mit seinem einen Ende an einem zugeordneten, gehäuseseitig gelagerten Abstützelement sowie mit seinem anderen Ende an einem Ventilschaft des zugeordneten Gaswechselventils abgestützt ist, wobei dieser erste Hebel zwischen seinen beiden Enden mit einem gegebenenfalls zugeordneten Nocken in Abgriffkontakt ist, bei dem der zweite Hebel jeweils schwenkbar an dem ersten Hebel gelagert angeordnet ist, mit einem zugeordneten Nocken mittels einer Rolle in Abgriffkontakt ist sowie mittels einer Koppeleinrichtung mit dem ersten Hebel schwenkfest koppelbar ist, wobei jede Koppeleinrichtung mittels eines langgestreckten Betätigungselements betätigbar ist, an dem für jede Koppeleinrichtung eine Blattfeder angeordnet ist, und wobei das langgestreckte Betätigungselement entgegen einer Rückstellkraft einer Rückstelleinrichtung mittels eines Linearaktuators aus einer Verriegelungsposition in eine Entriegelungsposition längsverschiebbar ist
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Zur Lösung der genannten Aufgabe ist bei diesem Ventiltrieb vorgesehen, dass an dem langgestreckten Betätigungselement und/oder an wenigstens einer daran befestigten Blattfeder zumindest eine Tilgermasse schwingungsfähig angeordnet oder ausgebildet ist.
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Durch diese Konstruktion werden unerwünschte Schwingungen innerhalb des Ventiltriebs, beispielsweise im Bereich des Linearaktuators, des langgestreckten Betätigungselements, den Blattfedern sowie den schaltbaren Schlepphebeln, zumindest vermindert und bestenfalls vollständig neutralisiert. Zudem wird die Geräuschentwicklung des Ventiltriebs reduziert. Durch die an dem langgestreckten Betätigungselement angeordneten, vorzugsweise gekröpft ausgebildeten Blattfedern ist eine raumsparende, synchrone Betätigung der Koppelelemente der einzelnen schaltbaren Schlepphebel mit nur einem zentralen Linearaktuator möglich. Die Eigenfrequenz der schwingfähig angeordneten Tilgermasse ist derart gewählt, dass durch diese die schädliche Schwingungsenergie mit der Resonanzfrequenz des Ventiltriebs neutralisiert und/oder in schwingungsbedingte Wärmeenergie umgewandelt wird.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung ist vorgesehen, dass die wenigstens eine Tilgermasse endseitig an einem Pendelarm angeordnet oder ausgebildet ist, welcher mit seinem tilgermassenfernem Ende an dem langgestreckten Betätigungselement frei verschwenkbar angelenkt ist. Infolgedessen ist eine ohne zusätzliche Federelemente auskommende Konstruktion gegeben.
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Bei einer anderen Ausführungsform ist vorgesehen, dass die wenigstens eine Tilgermasse durch wenigstens eine Kugel gebildet ist, wobei diese Kugel zwischen zwei einander gegenüberliegenden Tilgerfedern axial federnd verschiebbar an dem langgestreckten Betätigungselement angeordnet ist. Hierdurch ist eine räumlich platzsparende Integration der Tilgermasse in das langgestreckte Betätigungselement erreicht.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann vorgesehen sein, dass die wenigstens eine Tilgermasse durch wenigstens eine integrale Verdickung an wenigstens einer Blattfeder gebildet ist. Infolgedessen ist eine Ausbildung der notwendigen Tilgermasse ohne zusätzliche konstruktive Komponenten realisierbar.
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Bevorzugt ist die wenigstens eine Verdickung durch mindestens einmaliges Umlegen eines Materialabschnitts wenigstens einer Blattfeder gebildet. Hierdurch lässt sich die wenigstens eine Tilgermasse mittels bekannter Umformverfahren, wie zum Beispiel Kanten, Umlegen, Falzen oder dergleichen, integral an dem langgestreckten Betätigungselement ausbilden.
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Vorzugsweise ist die wenigstens eine Verdickung mittels eines bevorzugt einlagigen Materialstegs der Blattfeder federnd an diese angebunden. Infolgedessen lässt sich eine mittels Aufdickung integral ausgeformte Tilgermasse zugleich federnd an das lang gestreckte Betätigungselement zur Schaffung eines Feder-Masse-Schwingers anbinden.
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Weiter ist bevorzugt vorgesehen, dass der Linearaktuator als ein Elektromagnet mit einem in einem Spulenkörper axialbeweglich geführten Anker ausgebildet ist, wobei der Anker an einem axialen Ende starr mit einem Stößel verbunden ist. Durch den Elektromagneten ist eine zuverlässige axiale Verschiebung des langgestreckten Betätigungselements sichergestellt. Die ansonsten zur Betätigung der Koppelelemente mit Hilfe von Pneumatik- oder Hydraulikzylindern notwendigen und räumlich schwer in einen Zylinderkopf der Brennkraftmaschine zu integrierenden Fluidleitungen können entfallen. Zum Bestromen des Elektromagneten ist eine zweipolige elektrische Leitung mit einem verhältnismäßig geringen Leitungsquerschnitt ausreichend.
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Außerdem kann mit Vorteil vorgesehen sein, dass das langestreckte Betätigungselement an seinem einen axialen Ende eine abgewinkelte Kontaktlasche aufweist, an welche der Stößel des Linearaktuators zur Betätigung des langgestreckten Betätigungselements angreifen kann. Infolgedessen kann der Stößel lediglich schiebend, jedoch nicht aktiv ziehend auf das langgestreckte Betätigungselement einwirkend, so dass die Übertragung von Vibrationen zwischen den genannten Komponenten des Ventiltriebs, die unter Umständen zu Materialversagen und erhöhten Geräuschemissionen führen können, reduziert ist.
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Weiter kann hinsichtlich der schaltbaren Schlepphebel vorgesehen sein, dass die jeweilige Koppeleinrichtung der schaltbaren Schlepphebel einen parallel zu dem ersten Hebel verschiebbaren Verriegelungsbolzen mit einem Führungszapfen aufweist, der in einer diagonal verlaufenden, nutartigen Führungskulisse eines Betätigungsbolzens aufgenommen ist, wobei der Betätigungsbolzen quer zum Verriegelungsbolzen orientiert ist und mittels eines Federelements axial auswärts in Richtung zu der der jeweiligen Koppeleinrichtung zugeordneten Blattfeder vorgespannt ist. Hierdurch ist ein räumlich besonders kompakter Aufbau der Koppeleinrichtungen der schaltbaren Schlepphebel gegeben.
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Bevorzugt weist jeder Verriegelungsbolzen einen Vorsprung auf, der in der Verriegelungsstellung des Schlepphebels eine Anlagefläche des zweiten Hebels zumindest bereichsweise untergreift. Hierdurch ist eine zuverlässige, einseitig wirkende Verriegelung der beiden Hebel des schaltbaren Schlepphebels gegeben.
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Vorzugsweise ist das langestreckte Betätigungselement axialverschiebbar an einem Zylinderkopf der Brennkraftmaschine in Führungselementen geführt. Infolgedessen ist eine platzsparende Anordnung des langgestreckten Betätigungselements am Zylinderkopf der Brennkraftmaschine gewährleistet. Das langgestreckte Betätigungselement sowie die beispielsweise abgekröpft ausgebildeten Blattfedern weisen eine vergleichsweise hohe mechanische Steifigkeit auf und können einfach sowie kostengünstig als Stanzbauteil aus einem Stahlblech oder einem Leichtmetallblech ausgeführt sein. Alternativ dazu können die Blattfedern auch als separate Blechumformteile hergestellt sein und mittels geeigneter Befestigungselemente, wie zum Beispiel Nieten, Bolzen oder Schrauben, mit dem langgestreckten Betätigungselement dauerhaft und vibrationsfest verbunden sein.
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Um ein Auswandern oder Ausknicken des langgestreckten Betätigungselements unter Betriebsbelastung zu vermeidenden, ist das Betätigungselements bevorzugt in einer Vielzahl von axial gleichmäßig zueinander beabstandeten Führungsöffnungen am Zylinderkopf der Brennkraftmaschine axial verschiebbar geführt. Zumindest einige dieser Führungsöffnungen für das langgestreckte Betätigungselement sind aus Gründen der einfacheren Herstellbarkeit vorzugsweise in die Lagerdeckel einer zugeordneten Nockenwelle mit integriert.
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Zum besseren Verständnis der Erfindung ist der Beschreibung eine Zeichnung beigefügt, in der Ausführungsbeispiel dargestellt sind. In der Zeichnung zeigt
- 1 eine schematische Seitenansicht eines schaltbaren Schlepphebels eines Ventiltriebs in seiner Verriegelungsstellung,
- 2 eine teilgeschnittene Rückansicht des Schlepphebels gemäß 1 zusammen mit einer zugeordneten Blattfeder, welche an einem langgestreckten Betätigungselement befestigt ist,
- 3 eine erweiterte Darstellung des Ventiltriebs gemäß 1 mit zwei mittels eines Linearaktuators und dem langgestreckten Betätigungselement betätigbaren Schlepphebeln in deren Verriegelungsstellung,
- 4 den Ventiltrieb gemäß 3 mit den zwei Schlepphebeln in deren Entriegelungsstellung,
- 5 ein Diagramm mit dem zeitlichen Verlauf des Stellweges eines Stößels des Linearaktuators des Ventiltriebs gemäß den 3 und 4,
- 6 eine schematische, perspektivische Ansicht des langgestreckten Betätigungselements gemäß 2 mit einer ersten Ausführungsform einer Tilgermasse,
- 7 eine schematische, perspektivische Ansicht des langgestreckten Betätigungselements gemäß 2 mit einer zweiten Ausführungsform einer Tilgermasse, und
- 8 eine perspektivische Ansicht einer Blattfeder des Betätigungselements gemäß 2 mit einer dritten Ausführungsform einer Tilgermasse.
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Demnach zeigt die 1 eine schematische Seitenansicht eines schaltbaren Schlepphebels 12 eines variablen Ventiltriebs 10. Der Ventiltrieb 10 gehört zu einer nicht näher dargestellten Hubkolbenbrennkraftmaschine und dient zur Betätigung von Ein- oder Auslassventilen der Brennkraftmaschine. Der Schlepphebel 12 weist einen rahmenförmigen ersten Hebel 14 und einen darin schwenkbar gelagert angeordneten zweiten Hebel 16 auf. Zudem verfügt der Schlepphebel über eine Koppeleinrichtung 20, mittels welcher die beiden Hebel 14, 16 fest miteinander koppelbar sind, sodass der zweite Hebel 16 in Bezug zum ersten Hebel 14 nicht mehr schwingen kann. In 1 befindet sich die Koppeleinrichtung 20 in deren Verriegelungsstellung. In der hier nicht dargestellten Entriegelungsstellung sind der erste Hebel 14 und der zweite Hebel 16 mittels der Koppeleinrichtung 20 voneinander mechanisch entkoppelt, so dass der zweite Hebel 16 in Bezug zum ersten Hebel 14 verschwenken kann.
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Ein erstes Ende 28 des rahmenförmigen ersten Hebels 14 ist mittels eines am Zylinderkopf 26 aufgenommenen Abstützelements 30 mit integriertem hydraulischem Ventilspielausgleichselement abgestützt. An seinem hiervon weggerichteten zweiten Ende 32 ist der erste Hebel 14 über einen Lagerzapfen 24 an einem Ventilschaft 34 eines Gaswechselventils 36 der Brennkraftmaschine abgestützt. An dem zweiten Hebel 16 ist zur Reibungsminimierung des Ventiltriebs 10 eine Rolle 38 drehbar gelagert befestigt, die in einem Abgriffkontakt mit einem Nocken 40 einer drehbaren Nockenwelle 42 der Brennkraftmaschine steht. Die beiden Hebel 14, 16 sind mittels der Federkraft einer als Schenkelfeder ausgebildeten Anpressfeder 22 gegeneinander derart verspannt, dass der zweite Hebel 16 beständig gegen den zugeordneten Nocken 40 gedrückt wird.
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In der in 1 dargestellten Verriegelungsstellung untergreift ein klinkenartiger Vorsprung 48 eines Verriegelungsbolzens 50 der Koppeleinrichtung 20 eine unterseitige Anlagefläche 52 des zweiten Hebels 16, sodass dieser zuverlässig mit dem ersten Hebel 14 schwingfest verriegelt ist. In der Verriegelungsstellung des schaltbaren Schlepphebels 12 erfolgt die reguläre Betätigung des Gaswechselventils 36 durch den rotierenden Nocken 40, der mit der Rolle 38 des zweiten Hebels 16 im Abgriffkontakt steht und diesen periodisch niederdrückt, wodurch der mittels der Koppeleinrichtung 20 mit dem zweiten Hebel 16 verriegelte erste Hebel 14 gleichfalls mitbewegt wird und das Gaswechselventil 36 betätigt.
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Um den Schlepphebel 12 ausgehend von der in 1 gezeigten Verriegelungsstellung in die Entriegelungsstellung zuschalten, ist es erforderlich den axial verschiebbar im ersten Hebel 14 aufgenommenen Verriegelungsbolzen 50 in Richtung des Pfeiles 54 beziehungsweise in Richtung des ersten Endes 28 des ersten Hebels 14 soweit axial zu verschieben, dass der klinkenartige Vorsprung 48 die Anlagefläche 52 des zweiten Hebels 16 nicht mehr untergreift sondern Anlagefläche 52 freigibt. Zu diesem Zweck verfügt der Verriegelungsbolzen 50 über einen unterseitigen, vorzugsweise zylindrischen Führungszapfen 56, der in einer diagonal verlaufenden, nutartigen Führungskulisse 58 eines quer zum Verriegelungsbolzen 50, das heißt senkrecht zur Zeichenebene orientierten und verschiebbaren Betätigungsbolzens 60 des ersten Hebels 14 aufgenommen ist. Das senkrecht zur Zeichenebene erfolgende Verschieben des Betätigungsbolzens 60 erfolgt mittels eines beispielsweise in 2 dargestellten langgestreckten Betätigungselements 84, das hier beispielsweise als biegesteife Schubleiste ausgebildet ist, an welchem rechtwinklig angeordneten Blattfedern 82 befestigt sind (siehe 2 bis 4 sowie 6 bis 8).
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In der Entriegelungsstellung sind der erste Hebel 14 und der zweite Hebel 16 hinsichtlich der Verschwenkbarkeit des zweiten Hebels 16 mechanisch voneinander entkoppelt, sodass der rotierenden Nocken 40 an der Nockenwelle 42 zwar den zweiten Hebel 16 mittels der Rolle 38 entgegen der Kraftwirkung der Anpressfeder 22 periodisch niederdrückt und wieder freigibt, der zweite Hebel 16 jedoch den klinkenartigen Vorsprung 48 des zurückgezogenen Verriegelungsbolzens 50 nicht mehr als Abstützelement nutzen kann. Hierdurch unterbleibt die Ansteuerung beziehungsweise Betätigung des Gaswechselventils 36. In der Entriegelungsstellung federt der zweite Hebel 16 demnach zwar bei rotierenden Nockenwelle 42 nach wie vor periodisch ein, nimmt den ersten Hebel 14 bei dieser Schwenkbewegung jedoch nicht mit.
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Die 2 zeigt eine teilgeschnittene, abstützelementseitige Rückansicht des Schlepphebels 12 gemäß 1 zusammen mit dem erwähnten langgestreckten Betätigungselement 84. Der Schlepphebel 12 des Ventiltriebs 10 ist im Bereich des ersten Endes 28 des ersten Hebels 14 erkennbar am Abstützelement 30 abgestützt. Im Bereich des hiervon weggerichteten zweiten Endes 32 des ersten Hebels 14 ist ein Ventilfederteller 66 eines in dieser Ansicht nicht erkennbaren Ventilschafts 34 des Gaswechselventils 36 angeordnet. Mittels des Nockens 40 der Nockenwelle 42 erfolgt wie bereits geschildert die Betätigung des zweiten Hebels 16 über die dort drehbar angeordnete Rolle 38. Die Koppeleinrichtung 20 ist in der Schnittdarstellung der 2 besonders gut erkennbar.
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Die Koppeleinrichtung 20 weist den in dieser Darstellung im Wesentlichen senkrecht zur Zeichenebene orientierten Verriegelungsbolzen 50 mit dem rechtwinklig daran angeordneten Führungszapfen 56 auf, der in der Führungskulisse 58 des Betätigungsbolzens 60 verschiebbar aufgenommen ist. Der Betätigungsbolzen 60 ist längsverschiebbar in einer zylindrischen Bohrung 68 des ersten Hebels 14 zwischen einem ersten endseitigen Anschlag 70 und einem zweiten endseitigen Anschlag 72 aufgenommen. An dem ersten Anschlag 70 und an dem ersten Endabschnitt 74 des Betätigungsbolzens 60 stützt sich ein hier als zylindrische Druckfeder ausgebildetes Federelement 76 ab.
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An einem von dem ersten Endabschnitt 74 des Betätigungsbolzens 60 weggerichteten zweiten Endabschnitt 78 des Betätigungsbolzens 60 ist ein verjüngter, endseitig konvex gerundeter Betätigungspin 80 ausgebildet, der an einer hier lediglich exemplarisch abgekröpft gebogenen ausgebildeten Blattfeder 82 eines als Schubleiste ausgebildeten langgestreckten Betätigungselements 84 aufgrund der Kraftwirkung des axial vorgespannten Federelements 76 axial federnd anliegt.
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Die Blattfeder 82 ist im Wesentlichen rechtwinklig an dem langgestreckten Betätigungselement 84 angeordnet. Aufgrund der Kraftwirkung des schlepphebelseitigen Federelements 76 kehrt der Betätigungsbolzen 60 nach einem Einschieben in die Bohrung 68 mittels der Blattfeder 82 des langgestreckten Betätigungselements 84 wieder selbsttätig in seine hier gezeigte unbetätigte Ruhestellung zurück, in welcher sich der Schlepphebel 12 in der Verriegelungsstellung befindet. Durch das axiale Einschieben des Betätigungsbolzens 60 in die Bohrung 68 entgegen der Kraftwirkung des Federelements 76 um einen axialen Stellweg s kann der Schlepphebel 12 ausgehend von der in 2 dargestellten Verriegelungsstellung der Koppeleinrichtung 20 in deren Entriegelungsstellung gebracht werden. Durch eine entgegengesetzt zum Stellweg s erfolgende Verschiebebewegung des langgestreckten Betätigungselements 84 wird die Koppeleinrichtung 20 wieder in deren Verriegelungsstellung zurückgeschaltet (siehe 3 und 4). Die Betätigung des Betätigungsbolzens 60 erfolgt durch die an dem langgestreckten Betätigungselement 84 befestigte Blattfeder 82. Dasselbe gilt für alle weiteren, innerhalb des Ventiltriebs 10 vorhandenen schaltbaren Schlepphebel 12, 12a.
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Die 3 und 4, auf die im weiteren Fortgang der Beschreibung zugleich Bezug genommen wird, zeigen in der 3 eine erweiterte Darstellung des Ventiltriebs 10 gemäß 1 mit zwei unmittelbar benachbart angeordneten Schlepphebeln 12, 12a, welche mittels eines Linearaktuators 90 über das langgestreckte Betätigungselement 84 betätigbar sind. In der 3 befinden sich die Koppeleinrichtungen 20 der schaltbaren Schlepphebel 12, 12a in deren statischen Verriegelungsposition, während die 4 den Ventiltrieb 10 in einer Situation zeigt, in welcher sich die Koppeleinrichtungen 20 der Schlepphebel 12, 12a kurz vor dem Erreichen derer Entriegelungsstellung befinden.
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Mittels der beiden Schlepphebel 12, 12a sowie der Nockenwelle 42 mit den jeweils zugeordneten Nocken 40 des Ventiltriebs 10 der Brennkraftmaschine sind die beiden Gaswechselventile 36 betätigbar. Jeder der hier lediglich beispielhaft gezeigten beiden schaltbaren Schlepphebel 12, 12a des Ventiltriebs 10 verfügt über einen Betätigungsbolzen 60, der jeweils mittels einer zugeordneten, gekröpften Blattfeder 82 des langgestreckten Betätigungselements 84 betätigbar ist. Das langgestreckte Betätigungselement 84 ist mittels nicht dargestellter Führungen längsverschiebbar am Zylinderkopf 26 der Brennkraftmaschine geführt und mittels des Linearaktuators 90 um den axialen Stellweg s verschiebbar.
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Der Linearaktuator 90 ist in diesem Ausführungsbeispiel als Elektromagnet 92 ausgebildet, der einen im Wesentlichen hohlzylindrischen Spulenkörper 94 aufweist, in dem ein axial beweglicher Anker 96 aufgenommen ist. Der Anker 96 weist an einem axialen Ende 98 einen im Wesentlichen zylindrischen Stößel 100 auf. Das langgestreckte Betätigungselement 84 weist zur Kopplung mit dem Stößel 100 an seinem dem Linearaktuator 90 zugewandten axialen Ende eine abgewinkelte Kontaktlasche 102 auf, an welche der Stößel 100 zur Betätigung des langgestreckten Betätigungselements 84 angreifen kann. Im unbestromten beziehungsweise spannungslosen Zustand des Elektromagneten 92 zieht sich der Stößel 100 selbsttätig mittels einer nicht dargestellten aktuatorinternen Feder axial in die in 3 gezeigte Position zurück.
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Das langgestreckte Betätigungselement 84 dient demnach zur synchronen Betätigung der Betätigungsbolzen 60 der beiden Schlepphebel 12, 12a. Es kann einfach und kostengünstig als ein Stanzbauteil aus einem Stahlblech oder aus einem Leichtmetallblech hergestellt sein. Die abgekröpften Blattfedern 82 sowie die Kontaktlasche 102 können integral am langgestreckten Betätigungselement 84 angeformt und/oder als separate Bauteile an dieses angenietet, angeschraubt, angeklebt oder auf andere Weise befestigt sein.
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In der in 3 dargestellten Situation ist der Linearaktuator 90 beziehungsweise der Elektromagnet 92 unbestromt sowie der Stößel 100 axial zurückgezogen dargestellt, so dass die abgekröpften Blattfedern 82 von den Betätigungsbolzen 60 der Schlepphebel 12, 12a zumindest geringfügig abgehoben sind und sich die Koppeleinrichtungen 20 der Schlepphebel 12, 12a daher in deren Verriegelungsstellung befinden. Ein Wechsel aus der Verriegelungsstellung in die Entriegelungsstellung der Koppeleinrichtungen 20 der Schlepphebel 12, 12a erfolgt bei unbestromten Linearaktuator 90 durch das axiale Zurückschieben des langgestreckten Betätigungselements 84 entgegen des Stellweges s in 3 mit Hilfe einer federbelasteten Rückstelleinrichtung 104, welche eine axiale Rückstellkraft FR auf das Betätigungselement 84 ausübt.
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Im Gegensatz zu 3 ist der Elektromagnet 92 in 4 bestromt dargestellt, sodass der Stößel 100 seine maximale axiale Ausfahrposition eingenommen hat. In dessen Folge drücken die Blattfedern 82 des langgestreckten Betätigungselements 84 die Betätigungsbolzen 60 der beiden Schlepphebel 12, 12a praktisch vollständig in die zugeordnete Bohrungen 68 hinein, sodass die Koppeleinrichtungen 20 der beiden Schlepphebel 12 synchron in deren Entriegelungsstellung geschaltet sind.
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Von Bedeutung ist in diesem Zusammenhang noch, dass durch das impulsartige Bestromen des Elektromagneten 92 der Stößel 100 und mit diesem das langgestreckte Betätigungselement 84 sehr stark beschleunigt werden. Anschließend kehrt der Stößel durch eine aktuatorinterne Rückstellfeder belastet in seine Nichtbetätigungsstellung zurück. In dessen Folge hebt die Kontaktlasche 102 des langgestreckten Betätigungselements 84 von dem Stößel 100 ab und das Betätigungselement 84 bewegt sich alleine weiter bis zum Anschlagen des aktuatorseitigen Betätigungsbolzens 60 an dem erwähnten schlepphebelseitigen Anschlag 70. Nach dem Schalten der Koppeleinrichtung 20 in deren Entriegelungsstellung bewegt sich das langgestreckte Betätigungselement 84 angetrieben durch die Federwirkung der jeweiligen Blattfedern 82 zurück hin zu dem Stößel 100 des Linearaktuators 90, an dessen freien Ende die Kontaktlasche 102 des langgestreckten Betätigungselements 84 schließlich anstößt.
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Aufgrund der geschilderten Bewegungen, insbesondere des Stößels 100 und der Kontaktlasche 102 des langgestreckten Betätigungselements 84, kann es zu unerwünschten mechanischen Schwingungen beziehungsweise Vibrationen innerhalb des Ventiltriebs 10 kommen. Dieser Effekt wird zudem durch die beim Betrieb einer Brennkraftmaschine notwendigen hohen Ansteuerfrequenzen des Linearaktuators 90 des Ventiltriebs 10 von bis zu 100 Hz begünstigt. Diese unerwünschten Schwingungen können mit Hilfe der vorliegenden Erfindung wirkungsvoll eliminiert oder aber doch zumindest sehr weitgehend beseitigt werden.
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Die 5 zeigt ein Diagramm 110, bei dem auf dessen unabhängiger Achse die Zeit t in Sekunden aufgetragen ist. Auf der linksseitigen abhängigen Achse des Diagramms 110 ist der Stellweg a des Stößels 100 des Linearaktuators 90 in Millimetern und auf der rechtsseitigen abhängigen Achse ist die am Elektromagneten anliegende elektrische Steuerspannung U in Volt eines Schaltsignals aufgetragen. Das Diagramm 110 zeigt zudem den zeitlichen Verlauf 112 der Steuerspannung U, die zur periodischen Bestromung des als Elektromagnet ausgebildeten Linearaktuators 90 des Ventiltriebs 10 dient. Außerdem ist der zeitliche Verlauf 114 eines Stellweges a des Stößels 100 des Linearaktuators 90 des Ventiltriebs 10 gemäß den 3 und 4 dargestellt.
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Der axiale Stellweg s des langgestreckten Betätigungselements 84 mit den Blattfedern 82 sowie die Stellwege der einzelnen Betätigungsbolzen 60 der schaltbaren Schlepphebel 12, 12a sind zumindest im Fall einer rein statischen Betrachtung im Wesentlichen deckungsgleich mit dem hier veranschaulichten zeitlichen Verlauf des axialen Stellweges a des Stößels 100 des Linearaktuators 90 (Weg a = Weg s).
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Die am Linearaktuator 90 beziehungsweise an dessen Elektromagneten 92 anliegende Steuerspannung U weist einen näherungsweise rechteckförmigen zeitlichen Verlauf 112 mit einer Periodendauer Δt von hier ungefähr 0,15 Sekunden auf. Mit einer steigenden Flanke 116 des Verlaufs 112 der Steuerspannung U beginnt das Umschalten der Schlepphebel 12, 12a von der jeweiligen Verriegelungsstellung in die Entriegelungsstellung, während mit einer fallenden Flanke 116 im Verlauf 112 der Steuerspannung U umgekehrt das Zurückschalten der Schlepphebel 12, 12a von der Entriegelungsstellung in die Verriegelungsstellung initiiert wird.
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Wie in dem Diagramm 110 zu erkennen ist, ergeben sich vorrangig im Bereich der steigenden Flanke 116 und der fallenden Flanke 118 im zeitlich Verlauf 114 des Stellweges a des Stößels 100 beträchtliche mechanische Schwingungen 120, 122 am Stößel 100 und damit zumindest teilweise auch am langgestreckten Betätigungselement 84 mit den Blattfedern 82. Entsprechendes gilt für die axialen Betätigungswege der Betätigungsbolzen 60 der schaltbaren Schlepphebel 12, 12a.
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Die Schwingungen 120, 122 weisen jeweils eine exponentiell mit der Zeit t abnehmende, in etwa sinusförmige Amplitude auf. Das erklärte Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, diese in das langgestreckte Betätigungselement 84 beziehungsweise in den Linearaktuator 90 eingeleiteten Schwingungen 120, 122 möglichst vollständig zu tilgen, um Fehlsteuerungen der schaltbaren Schlepphebel 12 des Ventiltriebs 10 insbesondere bei höheren Ansteuerfrequenzen des Linearaktuators 90 zu vermeiden und die Geräuschentwicklung am Linearaktuator 90 zu verringern. Hierzu wird eine Tilgermasse genutzt, welche schwingungsfähig mit dem langgestreckten Betätigungselement 84 verbunden ist. Nachfolgend wird daher die Erfindung im Detail dargestellt.
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Die 6 zeigt schematisch eine perspektivische Ansicht des langgestreckten Betätigungselements 84 gemäß 2 mit einer ersten Ausführungsform einer Tilgermasse. Das als Schubleiste oder Schubstange ausgebildete langgestreckte Betätigungselement 84 des verfügt hier lediglich exemplarisch über sechs abgekröpfte und näherungsweise rechtwinklig angeordnete Blattfedern 82 zur Betätigung einer entsprechenden Anzahl von zeichnerisch hier nicht dargestellten schaltbaren Schlepphebeln 12, 12a des Ventiltriebs 10. Mittels der Rückstelleinrichtung 104 wird das langgestreckte Betätigungselement 84 bei unbestromten beziehungsweise inaktivem Linearaktuator 90 mit der mechanischen Kraft FR in Richtung zum Linearaktuator 90 zurückgeschoben, sodass die schaltbaren Schlepphebel 12, 12a ausgehend von der Entriegelungsstellung der Koppeleinrichtungen 20 in die jeweiligen Verriegelungsstellungen zurückgeschaltet werden. Dieser Rückstellprozess wird zudem durch die axial ausfedernden Blattfedern 82 unterstützt.
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Zwischen zwei axial unmittelbar benachbarten Blattfedern 82 des langgestreckten Betätigungselements 84 ist erkennbar eine massive Tilgermasse 130 endseitig an einem Pendelarm 132 angeordnet. Ein tilgermassenfernes Ende 134 des Pendelarms 132 ist hierbei in einem Drehpunkt 136 einer Lasche 138 des langgestreckten Betätigungselements 84 frei verschwenkbar angelenkt. Die Lasche 138 ist rechtwinklig am langgestreckten Betätigungselement 84 integral ausgeformt oder daran als ein separates Bauteil befestigt.
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Eine senkrecht zur Zeichenebene verlaufende, nicht dargestellte Schwenkachse an der Lasche 138 des angelenkten Pendelarms 132 verläuft im Wesentlichen parallel beabstandet zu einer den Blattfedern 82 zugewandten Längsseite 140 des hier beispielhaft eine im Wesentlichen rechteckförmige Querschnittsgeometrie aufweisenden Betätigungselements 84. Die Tilgermasse 130 weist eine Raumform auf, die im Wesentlichen der eines sektorförmigen Ausschnitts eines Hohlzylinders entspricht. Im Zusammenwirken mit dem Pendelarm 132 wirkt die an das langgestreckte Betätigungselement 84 verschwenkbar angelenkte Tilgermasse 130 wie ein Masse-Feder-Schwinger.
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Das langgestreckte Betätigungselement 84 wird mittels des an der Kontaktlasche 102 angreifenden, hier nicht dargestellten Linearaktuators 90 mit bis zu 100 Hz angesteuert und verschiebt sich demzufolge mit dieser Frequenz um den axialen Stellweg s periodisch hin und her. Die am langgestreckten Betätigungselement 84 pendelnd angelenkte Tilgermasse 130 wird somit ihrerseits zu Schwingungsbewegungen angeregt, die mit einem kleinen Doppelpfeil 142 symbolisiert sind. Die Masse der Tilgermasse 130 ist zur Erzielung einer optimalen Schwingungstilgungswirkung so bemessen, dass diese die zu eliminierenden Schwingungen des langestreckten Betätigungselements 84 mit den daran angeordneten Blattfedern 82 möglichst vollständig kompensiert.
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Die 7 zeigt schematisch eine perspektivische Ansicht des langgestreckten Betätigungselements gemäß 2 mit einer zweiten Ausführungsform einer Tilgermasse gemäß der Erfindung. Abweichend von der in 6 dargestellten ersten Ausführungsform ist hier zwischen zwei unmittelbar benachbarten Blattfedern 82 in dem langgestreckten Betätigungselement 84 eine rechteckförmige Aussparung 150 ausgebildet, in welcher eine Tilgermasse 160 angeordnet ist. Die Aktuierung des langgestreckten Betätigungselements 84 mit den daran angeordneten Blattfedern 82 erfolgt mittels des Stößels 100 des hier nicht dargestellten Linearaktuators 90 über die abgewinkelte Kontaktlasche 102 des Betätigungselements 84. Aufgrund dieser Aktuierung ist das langgestreckte Betätigungselement 84 um den Stellweg s axial verschiebbar.
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Im Bereich einer der besseren zeichnerischen Übersicht halber nicht bezeichneten Schmalseite der rechteckförmigen Aussparung 150 sind ein näherungsweise quaderförmiger erster Vorsprung 152 und ein zweiter Vorsprung 154 einander gegenüberliegend ausgeformt. Die beiden Vorsprünge 152, 154 sind zueinander fluchtend unter Freilassung eines Zwischenraumes 156 sowie bündig zu einer Schmalseite 158 des eine rechteckförmige Querschnittsgeometrie aufweisenden langgestreckten Betätigungselements 84 ausgebildet. In dem Zwischenraum 156 ist eine Tilgermasse 160 zwischen einander zugewandten freien Enden einer ersten und zweiten Tilgerfeder 164, 166 axial federnd aufgenommen, wobei die beiden Tilgerfedern 164, 166 jeweils als zylindrische Druckfedern ausgebildet sowie abschnittsweise jeweils auf einem der Vorsprünge 152, 154 aufgenommen sind. Die Tilgerfedern 164, 166 stützen sich jeweils an Schmalseiten der rechteckförmigen Aussparung 150 ab.
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Die Tilgermasse 160 ist hier lediglich beispielhaft als eine massive Kugel 162 ausgebildet, sie kann alternativ dazu aber auch eine hiervon abweichende Geometrie aufweisen. Beispielsweise kann die Tilgermasse 160 als massiver Zylinder mit jeweils verjüngten Enden ausgebildet sein, die in den freien Enden der Tilgerfedern 164, 166 aufnehmbar sind. Alternativ dazu kann eine durchgehende, zeichnerisch nicht dargestellte zylindrische Tilgerfeder zwischen den beiden Vorsprüngen 152, 154 axial beidseitig eingespannt sein, wobei die kugelförmige oder eine zylindrische Tilgermasse mittig innerhalb der entsprechend der bezüglich ihres Durchmessers dimensionierten Tilgerfeder zum Beispiel durch Einpressen, Einklemmen, Einkleben oder auf andere Weise befestigt sein kann.
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Die Masse der mittels der Tilgerfedern 164, 166 axial federnd gelagerten Kugel 162 ist in Kombination mit den Federkräften der beiden Tilgerfedern 164, 166 zur Erzielung optimaler Ergebnisse wiederum so bemessen, dass deren Eigenfrequenz mit einer primär zu tilgenden Frequenz des Ventiltriebs 10 und insbesondere des langgestreckten Betätigungselements 84 mit den daran angeordneten abgekröpften Blattfedern 82 schwingungstilgend korrespondiert.
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Die 8 zeigt eine perspektivische Ansicht einer Blattfeder 82 des langgestreckten Betätigungselements 84 gemäß 2 mit einer dritten Ausführungsform einer Tilgermasse. Die abgekröpfte Blattfeder 82 des Ventiltriebs 10 verfügt über einen Befestigungsabschnitt 170 mit einer nicht bezeichneten zylindrischen Bohrung. An den Befestigungsabschnitt 170 schließt sich ein um etwa 90° abgekanteter Winkelabschnitt 172 an, der wiederum in einen ersten Geradeabschnitt 174, einen leicht gekröpften beziehungsweise geneigt verlaufenden Zwischenabschnitt 176 sowie einen zweiten Geradeabschnitt 178 übergeht, welcher als Kontaktfläche beziehungsweise Betätigungsfläche für die Betätigungsbolzen 60 der schaltbaren Schlepphebel 12, 12a wirkt. Der Winkelabschnitt 172 weist eine näherungsweise viertelkreisringförmige Geometrie auf. Die beiden vom Zwischenabschnitt 176 separierten Geradeabschnitte 174, 178 verlaufen vorzugsweise im Wesentlichen parallel zueinander.
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Beiderseits des ersten Geradeabschnitts 174 sind hier zwei einander gegenüberliegende und jeweils wie eine kompakte beziehungsweise massive Tilgermasse 180, 182 wirkende Verdickungen 184, 186 jeweils integral aus einem Materialabschnitt 188 der Blattfeder 82 ausgeformt. Die beidseitigen Verdickungen 184, 186 können zum Beispiel durch mäanderartiges, mehrfaches Umlegen eines Teils eines zugeordneten Materialabschnitts 188 der Blattfeder 82 realisiert sein. Die beiden Tilgermassen 180, 182 sind darüber hinaus jeweils mittels eines in einer Ebene des ersten Geradeabschnitts 174 liegenden, einlagigen Materialstegs 190, 192 an den ersten Geradeabschnitt 174 angebunden. Die einlagigen Materialstege 190, 192 wirken wie elastische Tilgerfedern zur federnd-elastischen Anbindung der beiden kompakten Tilgermassen 180, 182 an die Blattfeder 82.
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Zudem ist eine Eigenfrequenz der federnd mit der Blattfeder 82 verbundenen Tilgermassen 180, 182 auf eine möglichst vollständig zu eliminierende, unerwünschte Hauptschwingung des Ventiltriebs 10 beziehungsweise des hier nicht eingezeichneten langgestreckten Betätigungselements 84 und/oder dessen Blattfedern 82 abgestimmt.
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Die Materialstege 190, 192 mit den endseitig daran ausgebildeten kompakten Tilgermassen 180, 182 verlaufen ebenfalls parallel zu einer durch den zweiten Geradeabschnitt 178 definierten Ebene, wobei der zweite Geradeabschnitt 178 seinerseits als Kontaktfläche für einen Betätigungsbolzen 60 eines Schalthebels 12, 12a des Ventiltriebs 10 bestimmt ist.
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Die integrale Ausbildung der beiden Tilgermassen 180, 182 und deren Anbindung mittels der wie Tilgerfedern wirkenden einlagigen Materialstege 190, 192 ist im Wege konventioneller Blechumformverfahren leicht realisierbar. Derartige Umformverfahren erlauben eine großserientaugliche sowie kostengünstige Fertigung der Blattfedern 82 und/oder des langgestreckten Betätigungselements 84 mit einer verlässlich reproduzierbaren hohen Maßhaltigkeit.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Variabler Ventiltrieb
- 12
- Schaltbarer Schlepphebel
- 12a
- Schaltbarer Schlepphebel
- 14
- Erster Hebel des Schlepphebels
- 16
- Zweiter Hebel des Schlepphebels
- 20
- Koppeleinrichtung des Schlepphebels
- 22
- Anpressfeder, Schenkelfeder des Schlepphebels
- 24
- Lagerzapfen des Schlepphebels
- 26
- Zylinderkopf einer Brennkraftmaschine
- 28
- Erstes Ende des Schlepphebels
- 30
- Abstützelement, hydraulisches Ventilspielausgleichselement
- 32
- Zweites Ende des Schlepphebels
- 34
- Ventilschaft eines Gaswechselventils
- 36
- Gaswechselventil
- 38
- Rolle am zweiten Hebel des Schlepphebels
- 40
- Nocken einer Nockenwelle
- 42
- Nockenwelle
- 48
- Klinkenartiger Vorsprung am Verriegelungsbolzen
- 50
- Verriegelungsbolzen
- 52
- Anlagefläche am zweiten Hebel des Schlepphebels
- 54
- Pfeil, Betätigungsrichtung
- 56
- Führungszapfen
- 58
- Führungskulisse
- 60
- Betätigungsbolzen
- 66
- Ventilfederteller
- 68
- Bohrung
- 70
- Erster Anschlag
- 72
- Zweiter Anschlag
- 74
- Erster Endabschnitt des Betätigungsbolzens
- 76
- Federelement für Betätigungsbolzen
- 78
- Zweiter Endabschnitt des Betätigungsbolzens
- 80
- Betätigungspin
- 82
- Abgekröpfte Blattfeder
- 84
- Langgestrecktes Betätigungselement
- 90
- Linearaktuator
- 92
- Elektromagnet des Linearaktuators
- 94
- Spulenkörper des Elektromagneten
- 96
- Anker des Linearaktuators
- 98
- Axiales Ende des Ankers
- 100
- Stößel
- 102
- Abgewinkelte Kontaktlasche des Betätigungselements
- 104
- Rückstelleinrichtung für das langgestreckte Betätigungselement
- 110
- Diagramm
- 112
- Verlauf einer Steuerspannung U
- 114
- Verlauf des Stellweges a des Stößels
- 116
- Steigende Flanke der Steuerspannung U
- 118
- Fallenden Flanke der Steuerspannung U
- 120
- Erste Schwingung
- 122
- Zweite Schwingung
- 130
- Tilgermasse
- 132
- Pendelarm
- 134
- Tilgermassenfreies Ende des Pendelarms
- 136
- Drehpunkt
- 138
- Lasche
- 140
- Längsseite des Betätigungselements
- 142
- Doppelpfeil, Schwingungsbewegung
- 150
- Rechteckförmige Aussparung
- 152
- Erster Vorsprung in der Aussparung
- 154
- Zweiter Vorsprung in der Aussparung
- 156
- Zwischenraum
- 158
- Schmalseite des Betätigungselements
- 160
- Tilgermasse
- 162
- Kugel
- 164
- Erste Tilgerfeder
- 166
- Zweite Tilgerfeder
- 170
- Befestigungsabschnitt
- 172
- Winkelabschnitt
- 174
- Erster Geradeabschnitt
- 176
- Gekröpfter Zwischenabschnitt
- 178
- Zweiter Geradeabschnitt
- 180
- Tilgermasse
- 182
- Tilgermasse
- 184
- Erste Verdickung
- 186
- Zweite Verdickung
- 188
- Materialabschnitt der Blattfeder
- 190
- Erster einlagiger Materialsteg
- 192
- Zweiter einlagiger Materialsteg
- a
- Axialer Stellweg des Stößels des Linearaktuators
- FR
- Rückstellkraft der Rückstelleinrichtung
- s
- Axialer Stellweg des langgestrecktes Betätigungselements
- t
- Zeit
- U
- Steuerspannung
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102017101792 A1 [0002]
