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Gebiet der Erfindung
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Die Erfindung betrifft eine Aktorik für einen variablen Ventiltrieb einer Brennkraftmaschine gemäß der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 näher definierten Art.
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Aus
DE 10 2017 101 792 A1 ist ein variabler Ventiltrieb eines Verbrennungskolbenmotors mit mehreren schaltbaren Schlepphebeln bekannt. Durch zumindest einen Primärnocken und einen Sekundärnocken einer Nockenwelle ist jeweils ein Ventilhub mittels eines schaltbaren Schlepphebels selektiv auf mindestens ein zugeordnetes Gaswechselventil übertragbar. Die Schlepphebel sind jeweils durch einen gegen die Federkraft einer Rückstellfeder axialbeweglichen Schaltbolzen schaltbar, der mit einer Blattfeder verbunden ist, die seinerseits mit einer Schaltstange in Stellverbindung gekoppelt ist. Die Schaltstange ist mittels eines Linearaktuators aus einer Ruhestellung in eine Schaltstellung längsverschiebbar. Nachteilig wirkt sich bei dieser Ausgestaltung der Umstand aus, dass jeweils die Blattfeder aufwendig an einer Öffnung der Schaltstange über einen Federclip mit dieser elastisch verbunden ist. Dies erfordert einen erhöhten Herstellungs- und Montageaufwand.
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Zusammenfassung der Erfindung
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Aktorik der vorgenannten Art hinsichtlich ihres Aufbaus, ihrer Herstellung und Montage zu vereinfachen und kostengünstig zu gestalten.
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Die Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den jeweiligen Unteransprüchen, der Beschreibung und den Zeichnungen.
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Es wird eine Aktorik für einen variablen Ventiltrieb einer Brennkraftmaschine vorgeschlagen. Die Aktorik umfasst ein entlang einer Längsachse verschiebbares Schubelement und mit mehreren mit diesem verschiebbaren Betätigungselementen zum Betätigen jeweils zumindest einer schaltbaren Ventiltriebkomponente. Erfindungsgemäß sind die Betätigungselemente biegesteif ausgeführt, wobei mit diesen im Kraftfluss hintereinander angeordnete erste Rückstellfedermittel vorgesehen sind, durch die das Schubelement über die die Betätigungselemente axial rückstellbar ist. Auf diese Weise wird eine einfach aufgebaute Aktorik ermöglicht, bei der insbesondere eine aufwendige Herstellung und Montage von Blattfedern vermieden wird. Zudem wird die Rückstellung der Aktorik über die Betätigungselemente ermöglicht.
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In einer besonders einfach aufgebauten und bauraumsparenden Ausgestaltung der Erfindung sind die ersten Rückstellfedermittel zumindest teilweise in die jeweilige Ventiltriebkomponente integriert. Auf diese Weise kann die Rückstellung der Aktorik durch bereits in der jeweiligen Ventiltriebkomponente vorhandene Rückstellfedermittel erfolgen, wodurch zusätzliche Rückstellfedermittel zur Rückstellung der Aktorik vermieden werden.
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Es ist weiterhin von Vorteil, wenn die ersten Rückstellfedermittel jeweils durch eine in die jeweilige Ventiltriebskomponente integrierte Druckfeder gebildet werden, die durch ein zum Schalten axial verschiebbares Schaltelement zur Rückstellung vorspannbar ist.
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Das Schubelement ist vorzugsweise durch einen Aktor mit einer Schubbewegung antreibbar. Bevorzugt sind dabei im Kraftfluss zwischen Schubelement und Aktor Ausgleichsfedermittel angeordnet. Durch diese wird ein einfacher Toleranzausgleich ermöglicht. Zudem kann ein Überlastschutz im Falle einer Aktuierung von Ventiltriebskomponenten mit Steuerzeitenversatz der jeweils anzusteuernden Gaswechselventile der Brennkraftmaschine gewährleistet und können die Ventiltriebskomponenten mit entsprechender zeitlichen Verzögerung aktuiert werden.
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Des Weiteren ist es möglich, zweite Rückstellfedermittel vorzusehen, durch die das Schubelement an einem ortsfesten Bauteil der Brennkraftmaschine axial abgestützt ist. Durch die zweiten Rückstellfedermittel kann gewährleistet werden, dass in unbetätigtem Zustand der Aktorik die Betätigungselemente und die diesen jeweils zugeordneten Ventiltriebkomponenten außer Kontakt gelangen, wodurch Reibungsverluste im Betrieb vermieden werden.
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Herstellungs- und Montageaufwand können weiter reduziert werden, wenn Schubelement und Betätigungselemente als eine biegesteife Betätigungseinheit einteilig ausgeführt sind.
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In einer weiteren besonders bevorzugten einfachen Ausgestaltung der Erfindung sind am Schubelement zwei Betätigungselemente jeweils an einem axialen Ende des ersten rechtwinklig an diesem abstehend angeordnet.
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Auf diese Weise können die Betätigungselemente und das Schubelement einen besonders einfach herstell- und montierbaren U-förmigen einteilig hergestellten biegesteifen Schaltbügel bilden.
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Schubelement, Betätigungselemente, Aktor, Ausgleichsfedermittel und zweite Rückstellfedermittel können in vorteilhafter Weise als ein vormontierbares Betätigungsmodul ausgebildet sein. Auf diese Weise wird eine Aktorik mit maximalem Integrationsgrad erreicht.
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In einer weiteren besonders bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung werden die Ventiltriebkomponenten jeweils durch einen Schlepphebel gebildet, der durch ein entgegen der Federkraft der ersten Rückstellfedermittel axial verschiebbares Schaltelement schaltbar ist.
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Die erfindungsgemäße Aktorik kann in weiterhin besonders vorteilhafter Weise zur Betätigung anderer schaltbarer Ventiltriebkomponenten für eine Brennkraftmaschine verwendet werden, wie insbesondere zumindest eines schaltbaren Tassen- und/oder Rollenstößels und/oder zumindest eines schaltbaren Abstützelements für einen Schlepphebel.
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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 erfindungsgemäße Aktorik für einen variablen Ventiltrieb einer Brennkraftmaschine in einem ersten Betriebszustand,
- 2 die Aktorik in einem zweiten Betriebszustand,
- 3 die Aktorik in einem dritten Betriebszustand.
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Ausführliche Beschreibung der Zeichnungen
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In 1 bis 3 ist eine erfindungsgemäße Aktorik für einen variablen Ventiltrieb einer Brennkraftmaschine beispielhaft dargestellt. Die Aktorik umfasst ein entlang einer Längsachse 1 verschiebbares Schubelement 2 und zwei mit diesem verschiebbaren Betätigungselementen 3, die jeweils einer schaltbaren Ventiltriebkomponente 4 der Brennkraftmaschine zum Schalten zugeordnet sind. Die Ventiltriebkomponenten 4 werden durch zwei schaltbare Schlepphebel des Ventiltriebs gebildet, die zur variablen Betätigung von nicht dargestellten Gaswechselventilen eines Zylinders 5 der Brennkraftmaschine dienen.
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Schubelement 2 und Betätigungselemente 3 sind einteilig als eine Betätigungseinheit ausgebildet. Das Schubelement 2 ist als Schaltstange oder -leiste ausgeführt, an dem an den axialen Enden jeweils ein Betätigungselement 3 biegesteif als Schaltfinger oder -zunge ausgeführt, rechtwinklig abstehend und biegesteif einteilig angeschlossen sind. Die Betätigungselemente 3 sind parallel zueinander und vorzugsweise fluchtend hintereinander angeordnet. Auf diese Weise bilden das Schubelement 2 und die und Betätigungselemente 3 einen einteilig hergestellten U-förmigen biegesteifen bzw. starren Schaltbügel mit den Betätigungselementen 3 als U-Schenkel und dem Schubelement 2 als U-Basis.
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Die als schaltbare Schlepphebel ausgeführten Ventiltriebkomponenten 4 sind mit ihren Hebellängsachsen 6 parallel zueinander und senkrecht zur Längs- bzw. Verschiebeachse 1 des Schubelements 2 angeordnet. In die Schlepphebel 4 sind an einer Hebellängsseite mit freien Enden vorstehende Schaltelemente 7 integriert. Die Betätigungselemente 3 sind dabei parallel zu den jeweiligen Hebellängsseiten der Schlepphebel 4 den freien Enden der Schaltelemente 7 zum Betätigen derselben axial gegenüberliegend angeordnet. Die Schaltelemente 7 sind jeweils zum Schalten parallel zur Längs- bzw. Verschiebeachse 1 entgegen der Federkraft von koaxial angeordneten ersten Rückstellfedermitteln 8 in Querbohrungen der Schlepphebel 4 verschiebbar angeordnet. Die Rückstellfedermittel 8 werden durch Schraubendruckfedern gebildet, die die als Schaltbolzen ausgeführten Schaltelemente 7 am Außendurchmesser koaxial umfassen. Sie sind auf diese Weise im Kraftfluss hintereinander mit den Betätigungselementen 3 angeordnet.
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1 zeigt die Aktorik in unbetätigter Ruhestellung. Die Betätigungselemente 3 liegen den freien Enden der Schaltelemente 7 durch einen geringfügigen axialen Luftspalt S beabstandet axial gegenüber. Das Schubelement 2 steht an einem antriebsseitigen axialen Ende stirnseitig über koaxial angeordnete Ausgleichsfedermittel 9 in Antriebsverbindung mit einem elektrischen Aktor 10. Dieser ist als Schub- bzw. Linear-Aktor ausgeführt, durch den eine Schubbewegung auf das Schubelement 2 übertragbar ist. Die Ausgleichsfedermittel 9 werden durch eine Druckfeder gebildet, die axial zwischen dem der axialen Stirnseite des antriebsseitigen Endes des Schubelement 2 und einem axial verschiebbaren Anker 14 des Aktors 10 wirkend angeordnet ist. Die Ausgleichsfedermittel 9 dienen hauptsächlich zum Toleranzausgleich. Zudem kann durch sie ein Überlastschutz im Falle einer beabsichtigten oder unbeabsichtigten frühen Aktuierung der Schlepphebel 4 außerhalb der Grundkreisphase einer die Schlepphebel 4 antreibenden Nockenwelle dienen. Denkbar ist auch, bei optimaler Applikation und Toleranzlage die Aktorik ohne die Ausgleichsfedermittel 9 zu verwenden.
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Am vom antriebsseitigen Ende des Schubelements 2 abgewandten axialen Ende ist dieses über axiale zweite Rückstellfedermittel 11 an einem ortsfesten Bauteil 12 abgestützt. Diese stellt sicher, dass in unbetätigter Ruhestellung der Aktorik die Betätigungselemente 3 und die jeweiligen Schaltelemente 7 der Schlepphebel 4 außer Kontakt gelangen und sich zwischen den freien Enden der Schaltelemente 7 und der Betätigungselemente 3 der axiale Luftspalt S einstellt (1). Daneben können die zweiten Rückstellfedermittel 11 optional zur Unterstützung der ersten Rückstellfedermittel 8 dienen.
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In dem in 2 dargestellten betätigten Endzustand der Aktorik wird der Aktor 10 aktiviert und durch diesen am axial beweglichen Anker 14 eine Schubbewegung auf das Schubelement 2 übertragen, wodurch dieses entlang der Längs - bzw. Verschiebeachse 1 in der Bildebene nach links verschoben wird. Dabei gelangen die Betätigungselemente 3 mit ihren freien Enden in Kontakt mit den freien Enden der Schaltelemente 7 und verschieben diese aus einer Ausgangsstellung gegen die Federkraft der ersten Rückstellfedermittel 8 axial in die Schlepphebel 4 hinein, wodurch jeweils ein in diese integrierter Schaltmechanismus betätigt und die Schlepphebel 4 geschaltet werden. Bei deaktiviertem Aktor 10 werden durch die Federkraft der ersten Rückstellfedermittel die Schaltelemente 6 wieder in die Ausgangsstellung zurückgeschoben und die Schlepphebel 4 geschaltet. Hierbei werden zugleich die Betätigungselemente 3 und das Schubelement 2 in die unbetätigte Ruhestellung gemäß 1 zurückgeschoben.
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In 2 ist ein besonders vorteilhaftes Betätigungsmodul 13 durch eine gestrichelte Linie angedeutet. Dieses umfasst das Schubelement 2 mit den Betätigungselementen 3, den Aktor 10, die Ausgleichsfedermittel 9, die zweiten Rückstellfedermittel 11 und das ortsfeste Bauteil 12. Dieses kann beispielsweise als Träger, insbesondere als Rahmen ausgebildet sein, an dem das Betätigungsmodul 13 als Baueinheit vormontiert und mit dem es an der Brennkraftmaschine befestigbar ist. Auf diese Weise wird ein maximaler Integrationsgrad erreicht. Gegebenenfalls können die Systemgrenzen des Betätigungsmoduls 13 auch abweichen, insbesondere können die zweiten Rückstellfedermittel 11 zylinderkopffest verbaut sein.
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3 zeigt den vorgenannten Fall einer beabsichtigten oder auch unbeabsichtigten frühen Aktuierung außerhalb der Grundkreisphase der Schlepphebel 4. Bei Aktivierung des Aktors 10 wird durch den Anker 14 das Schubelement 2 soweit verschoben, bis die Betätigungselemente 3 mit ihren freien Enden in Kontakt mit den freien Enden der Schaltelemente 7 gelangen. Da diese außerhalb der außerhalb der Grundkreisphase der Schlepphebel 4 gesperrt sind, werden dadurch auch die Betätigungselemente 3 und das Schubelement 2 blockiert. Aufgrund der dabei durch den aktivierten Aktor 10 mit ausgefahrenem Anker 14 erreichten Vorspannung der Ausgleichsfedermittel 9 werden die Schlepphebel 4 nach Erreichen der Grundkreisphase verzögert aktuiert. Auf diese Weise kann eine Schubkraft bzw. eine Schubbewegung zur Aktuierung durch die Ausgleichsfedermittel 9 zwischengespeichert und eine zeitlich verzögerte Aktuierung von Ventiltriebskomponenten 4 mit Steuerzeitenversatz der jeweils anzusteuernden Gaswechselventile der Brennkraftmaschine ermöglicht werden.
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Die erfindungsgemäße Aktorik ist besonders vorteilhaft zur zylinderindividuellen Verwendung einsetzbar. Denkbar ist auch die Aktorik zylinderübergreifend zu verwenden, vorzugsweise dann, wenn die Nockengrundkreisphasen der zugeordneten Zylinder eine gewisse Phasenüberschneidung aufweisen.
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Durch Verschieben des Schubelements 2 ist durch die Betätigungselemente 3 eine axiale Stellbewegung zum Schalten des jeweiligen Schlepphebels 4 übertragbar. Die Schlepphebel 4 sind von einer oder mehreren Nockenwellen der Brennkraftmaschine mit einer Nockenhubbewegung antreibbar. Sie sind mit einem abstützseitigen Hebelendbereich über ein Abstützelement an der Brennkraftmaschine, insbesondere einem Zylinderkopf derselben, schwenkbeweglich abstützbar. An einem ventilseitigen Hebelendbereich des jeweiligen Schlepphebels ist die von der Nockenwelle abgegriffene Nockenhubbewegung auf zumindest ein Gaswechselventil der Brennkraftmaschine zur Betätigung übertragbar. Der Abgriff der Nockenhubbewegung kann, wie dargestellt durch eine Nockenrolle erfolgen. Denkbar ist auch, mehrere Nocken zum Abgriff vorzusehen. Alternativ oder ergänzend können auch andere Abgriffsmittel, insbesondere Gleitflächen, an den Schlepphebeln ausgeführt sein. Das Schubelement 2 ist vorzugsweise parallel zur Nockenwelle angeordnet.
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Im Wesentlichen bestehen die Schlepphebel 4 aus zwei ineinander gelagerten Hebeln, wobei einer der Hebel als schwenkbeweglich an der Brennkraftmaschine abstützbarer sogenannter Primärhebel ausgeführt und der weitere Hebel, als sogenannter Sekundärhebel, am Primärhebel schwenkbeweglich abgestützt ist. Primär- und Sekundärhebel sind durch einen durch die Schaltelemente 7 jeweils schaltbaren in den jeweiligen Schlepphebel 4 integrierten Verriegelungsmechanismus koppelbar. Bei Bedarf, beispielsweise bei einer Forderung nach einem großen Ventilhub, kann der Sekundärhebel zu- oder abgeschaltet werden. Hierdurch ist eine Hubum- oder - abschaltung bzw. Zylinderabschaltung möglich. Im abgeschalteten Modus führt der Sekundärhebel im Allgemeinen einen Leerhub als sogenannte Lost-Motion-Bewegung aus.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Längsachse
- 2
- Schubelement
- 3
- Betätigungselement
- 4
- Ventiltriebkomponente, Schlepphebel
- 5
- Zylinder
- 6
- Hebellängsachse
- 7
- Schaltelement
- 8
- Rückstellfedermittel
- 9
- Ausgleichsfedermittel
- 10
- Aktor
- 11
- Rückstellfedermittel
- 12
- Bauteil
- 13
- Betätigungsmodul
- 14
- Anker
- S
- Luftspalt
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102017101792 A1 [0002]
