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Gebiet der Erfindung
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Die Erfindung betrifft eine Kipphebelanordnung für einen Ventiltrieb einer Brennkraftmaschine gemäß der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 näher definierten Art.
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Aus
DE 10 2017 129 720 A1 ist eine schaltbare Kipphebelanordnung mit einem Kipphebel bekannt, der auf einer maschinenfesten Kipphebelachse gelagert ist und einen mit einer Nockenwelle in Verbindung stehenden Nockenarm und einen mit zumindest einem Gaswechselventil einer Hubkolbenverbrennungskraftmaschine in Verbindung stehenden Ventilarm aufweist.
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Zusammenfassung der Erfindung
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Kipphebelanordnung der vorgenannten Art vorzuschlagen, die eine einfach aufgebaute und im Betrieb verbesserte variable Ventilsteuerung ermöglicht.
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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 Kipphebelanordnung für einen Ventiltrieb einer Brennkraftmaschine mit zumindest einem Kipphebel vorgeschlagen. Der Kipphebel ist auf einer Kipphebelachse mit einem ventilseitigen Hebel zum Betätigen zumindest eines Gaswechselventils der Brennkraftmaschine und mit zwei betätigungsseitigen Hebeln zum schwenkbeweglichen Antrieb verschwenkbar angeordnet, wobei die Hebel zueinander verschwenkbar auf der Kipphebelachse gelagert sind. Zum Schalten des Kipphebels sind ein erster betätigungsseitiger Hebel durch erste Koppelmittel zur Übertragung einer ersten Hubbewegung zur Ventilbetätigung und ein zweiter betätigungsseitiger Hebel durch zweite Koppelmittel zur Übertragung einer zweiten Hubbewegung zur Ventilbetätigung jeweils mit dem ventilseitigen Hebel koppelbar. Auf diese Weise ist der ventilseitige Hebel durch die betätigungsseitigen Hebel jeweils selektiv schaltbar. Ein einfach aufgebauter mehrfach variabler Betrieb, insbesondere eine Kombination aus Ventilhubab- und Ventilhubumschaltung, mit zumindest einem schaltbaren Kipphebel wird ermöglicht. Hierbei ist der Ventilhub vollständig abschaltbar oder ein Zusatzventilhub zu einem Vollventilhub zuschaltbar oder letzterer deaktivierbar. Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass die Ventilhubhöhe des Zusatzventilhubs geringer als die Ventilhubhöhe des Vollventilhubs und insbesondere direkt unterhalb dieser einstellbar ist. Dadurch ist ein sogenannter Miller-Hub realisierbar.
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In besonders vorteilhafter Weise sind durch den Kipphebel vier unterschiedliche und voneinander unabhängigen Hubkurve übertragbar. Der ventilseitige Hebel ist von beiden betätigungsseitigen Hebel entkoppelbar, wodurch in einer Grundkreiskurve eine Ventilhubabschaltung realisierbar ist. Der ventilseitige Hebel ist mit einem ersten betätigungsseitigen Hebeln koppelbar, während er vom zweiten betätigungsseitigen Hebel abkoppelbar ist. Dadurch ist in einer zweiten Hubkurve die Übertragung nur eines beispielsweise von einem Primärnocken abgegriffenen Ventilvollhubs übertragbar. Der ventilseitige Hebel ist mit beiden betätigungsseitigen Hebeln gleichzeitig koppelbar, wodurch in einer dritten Hubkurve die Übertragung einer Kombination aus Ventilvollhub und Ventilzusatzhub möglich ist. Dies ist besonders bei einer sogenannten internen Abgasrückführung der Brennkraftmaschine von Vorteil. In einer vierten Hubkurve ist der ventilseitige Hebel mit dem zweiten betätigungsseitigen Hebel koppelbar, während er vom ersten Betätigungshebel abkoppelbar ist. Dadurch ist die Übertragung nur eines, beispielsweise von einem Sekundärnocken abgegriffenen, Zusatzventilhubs übertragbar. Dies wäre der Fall beispielsweise für den oben erwähnten Miller-Hub auf der Einlassventilseite oder für eine Motorbremse und/oder für die Durchführung eines sogenannten Motor-Thermomanagements auf der Auslassventilseite zur Reduzierung der thermischen Beanspruchung und des Verschleißes der Bauteile.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist neben dem ersten schaltbaren Kipphebel ein zweiter schaltbarer Kipphebel vorgesehen. Letzterer ist auf der Kipphebelachse mit einem zweiten ventilseitigen Hebel zum Betätigen zumindest eines Gaswechselventils der Brennkraftmaschine und mit einem dritten schwenkbeweglich antreibbaren betätigungsseitigen Hebel verschwenkbar angeordnet, wobei die Hebel zueinander verschwenkbar auf der Kipphebelachse gelagert sind. Zum Schalten des zweiten Kipphebels ist der dritte betätigungsseitige Hebel durch dritte Koppelmittel zur Übertragung einer dritten Hubbewegung zur Ventilbetätigung mit dem zweiten ventilseitigen Hebel koppelbar. Auf diese Weise ist der zweite Kipphebel unabhängig vom ersten Kipphebel schaltbar und umgekehrt.
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Dabei ist es in weiterhin vorteilhafter Weise möglich, durch den ersten schaltbaren Kipphebel zumindest ein Auslass-Gaswechselventil und durch den zweiten schaltbaren Kipphebel zumindest ein Einlass-Gaswechselventil für einen Zylinder der Brennkraftmaschine unabhängig voneinander anzusteuern. Dies ist auf einfache Weise dadurch erreichbar, dass der erste ventilseitige Hebel in Ventilkontakt mit zumindest einem Auslass-Gaswechselventil der Brennkraftmaschine und der zweite ventilseitige Hebel in Ventilkontakt mit zumindest einem Einlass-Gaswechselventil steht.
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In einer weiteren besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung steht der erste betätigungsseitige Hebel und der dritte betätigungsseitige Hebel jeweils zum Abgriff eines Ventilvollhubs zur Ventilbetätigung mit einem ersten Nocken einer Nockenwelle der Brennkraftmaschine in Kontakt. Dadurch ist am ersten und zweiten Kipphebel unabhängig voneinander die Übertragung eines Ventilvollhubs oder eine Abschaltung bzw. eine gemeinsam bewirkte Zylinderabschaltung möglich. Da der zweite betätigungsseitige Hebel zum Abgriff eines Ventilzusatzhubs mit einem zweiten Nocken der Nockenwelle in Kontakt steht, ist am ersten Kipphebel die Übertragung eines Ventilzusatzhubs alleine ohne einen Ventilvollhub oder die Übertragung eines Ventilzusatzhubs zusammen mit der Übertragung eines Ventilvollhubs bei einer Nockenwellenumdrehung möglich. Diese Anordnung ermöglicht zudem eine rollierende bzw. abwechselnde Zylinderabschaltung und zugleich eine stufbare bzw. für jeden Zylinder selektiv unabhängig voneinander realisierbare Motorbremse. Die betätigungsseitigen Hebel erlauben jeweils einen direkten Abgriff der Hubbewegung vom jeweiligen Nocken der Nockenwelle, wodurch weitere Übertragungsmittel vermeidbar sind. Reibungsverluste beim Abgriff können durch eine Nockenrolle minimiert werden.
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Die Ausgestaltung kann weiter vereinfacht werden, wenn jedem der Koppelmittel ein Aktor zum Schalten zugeordnet und jeder Kipphebel einzeln durch einen separaten Aktor schaltbar ist. Dadurch sind die Aktoren kleiner ausführbar und in größerer Anzahl mit geringeren Herstellungskosten herstellbar.
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Es ist dabei von Vorteil, wenn die Aktoren als elektrische Hubmagnete ausgeführt sind, die jeweils einen linear verschiebbaren Anker aufweisen, durch den in direktem Stellkontakt die jeweiligen Koppelmittel zum Schalten verschiebbar sind. Zusätzliche Bauteile zur Übertragung der Stellbewegung werden so vermieden. Der Aktorhub wird verringert und die Schaltzeit verkürzt. Zudem erhöht die direkte Einzelbetätigung des jeweiligen Kipphebels die Schaltperformance und verringert zugleich die Varianzen der Schaltzeiten. Die Bauteiltoleranzeinflüsse und die Herstellungskosten können minimiert werden.
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Die Aktoren können zumindest teilweise in einen mit der Kipphebelachse verbundenen Träger integriert und mit radialem Abstand zur Kipphebelachse angeordnet sein. Am Träger sind so die Aktoren jeweils auf besonders einfache Weise in beliebigem individuellem radialem Abstand zur Kipphebelachse anordenbar. Dadurch wird eine Anordnung der Aktoren und ein Schalten der Koppelmittel nahe der Kipphebelachse ermöglicht, so dass gegenüber den Aktoren die Relativbewegung von beispielsweise in den ventilseitigen Hebel oder in einen betätigungsseitigen Hebel integrierten Koppelmitteln im Betrieb gering ist. Zwischen dem Aktor und den Koppelmitteln ist so ein permanenter Kontakt zum Schalten einfach herstellbar. Zudem kann die Kipphebelanordnung mit den Aktoren, der Kipphebelachse und den Kipphebeln als vormontierbare Baueinheit über den Träger auf dem Zylinderkopf der Brennkraftmaschine, insbesondere durch eine Schraubenverbindung, einfach befestigt werden.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung sind die Koppelmittel in die Kipphebel integriert und in jeweils zugeordneten axialen Bohrungen an den ventilseitigen Hebeln und an den jeweils zugeordneten betätigungsseitigen Hebeln zum Schalten verschiebbar angeordnet. Auf diese Weise wird eine axiale Kopplung der jeweils zugeordneten ventilseitigen und betätigungsseitigen Hebel quer zur Längsachse der Hebel und damit eine sogenannte Querverriegelung der schaltbaren Kipphebel ermöglicht. Durch die Querverriegelung ist eine bauraumsparende Anordnung der Koppelmittel nahe der Kipphebelachse erreichbar
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Dabei können die ersten und dritten Koppelmittel jeweils einen in einer axialen Durchgangsbohrung am jeweiligen ersten und dritten ventilseitigen Hebel verschiebbaren Betätigungskolben aufweisen, durch den in direktem Stellkontakt jeweils ein in einer axialen Bohrung am jeweiligen ersten und dritten betätigungsseitigen Hebel angeordneter Koppelkolben zum Schalten verschiebbar ist. Hierbei ist letzterer zum Koppeln mit dem jeweiligen ersten und dritten ventilseitigen Hebel in die Durchgangsbohrung desselben verschiebbar.
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Es ist weiterhin von Vorteil, wenn die in einen ventilseitigen Hebel oder in einen betätigungsseitigen Hebel zum Schalten verschiebbar integrierten Koppelmittel und zumindest ein diesen zum Schalten zugeordneter Aktor derart angeordnet sind, dass bei einer relativen Verschwenkung des jeweiligen ventilseitigen Hebels oder des jeweiligen betätigungsseitigen Hebels gegenüber dem jeweiligen Aktor eine zumindest teilweise Überdeckung in Verschieberichtung zwischen den Koppelmitteln und dem Aktor zum Schalten gewährleistet ist. Auf diese Weise sind die Koppelmittel zum Schalten durch den Aktor permanent ansteuerbar. Die Koppelmittel können bei der Überdeckung in permanentem aktorseitigen Kontakt stehen oder durch einen geringfügigen Luftspalt beabstandet angeordnet sein.
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Auf vorteilhafte Weise ist es auch möglich, in einen betätigungsseitigen Hebel zum Schalten verschiebbar integrierte Koppelmittel und zumindest einen letzteren zur Betätigung zugeordneten in den Träger integrierten Aktor derart anzuordnen, dass bei einer relativen Verschwenkung des betätigungsseitigen Hebels oder des ventilseitigen Hebels gegenüber dem Träger die Koppelmittel in entkoppeltem Zustand aktorseitig in Verschieberichtung am Träger anlegbar ist. Die Koppelmittel sind so in entkoppeltem Zustand in gleitendem Schwenkkontakt am Träger permanent anlegbar. Hierdurch ist eine einfache permanente Sicherung gegen ein Herausfallen der Koppelmittel aus dem betätigungsseitigen Hebel oder aus dem ventilseitigen Hebel erreichbar. In einen ventilseitigen Hebel zum Schalten verschiebbar integrierte Koppelmittel können in entkoppeltem Zustand auf analoge Weise gegen Herausfallen gesichert werden.
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Es können Rückstellfedermittel vorgesehen sein, die jeweils zumindest einen betätigungsseitigen Hebel und zumindest einen jeweils zugeordneten ventilseitigen Hebel in Schwenkrichtung gegeneinander in eine unverschwenkte Grundstellung vorspannen. Hierbei sind am jeweiligen betätigungsseitigen Hebel und am jeweiligen ventilseitigen Hebel an den jeweils axial gegenüberliegenden Hebellängsseiten jeweils axial fluchtend gegenüberliegende Ausnehmungen vorgesehen, in die die Rückstellfedermittel zumindest teilweise angeordnet und in Schwenkrichtung verspannt sind. Die Rückstellfedermittel sind so besonders bauraumsparend in einem oder in beiden Kipphebeln integriert anordenbar.
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In einer weiteren besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, die ersten und dritten Koppelmittel zum Koppeln des ersten und des zweiten ventilseitigen Hebels mit dem ersten und dritten betätigungsseitigen Hebel jeweils durch Federmittel in den gekoppelten Zustand vorzuspannen. Dabei sind die zweiten Koppelmittel zum Koppeln des ersten ventilseitigen Hebels mit dem zweiten betätigungsseitigen Hebel durch Federmittel in den entkoppelten Zustand vorgespannt. Auf einfache Weise ist so in unbetätigtem Zustand der Koppelmittel der erste und der zweite ventilseitige Hebel durch die ersten und die dritten Koppelmittel in gekoppeltem Zustand mit dem ersten bzw. dem dritten Betätigungshebel haltbar, während der erste ventilseitige Hebel vom zweiten betätigungsseitigen Hebel entkoppelt ist. Dadurch ist beispielsweise durch den ersten und den zweiten Kipphebel jeweils ein Vollventilhub übertragbar, während der Zusatzventilhub deaktiviert ist.
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Erster und zweiter Kipphebel sind unabhängig voneinander schalt- und betätigbar. Beispielsweise ist es möglich, durch den ersten Kipphebel zumindest ein Auslass-Gaswechselventil der Brennkraftmaschine und durch den zweiten Kipphebel zumindest ein Einlass-Gaswechselventil zu betätigen. Denkbar ist auch umgekehrt durch den ersten Kipphebel zumindest ein Einlass-Gaswechselventil und durch den zweiten Kipphebel zumindest ein Auslass-Gaswechselventil zu betätigen.
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Die Integration der Aktoren in einen gemeinsamen Träger, der mit der gemeinsamen Kipphebelachse verbunden ist, auf der die schaltbaren Kipphebel mit den ventilseitigen und betätigungsseitigen Hebeln angeordnet sind, ermöglicht die Ausführung der Kipphebelanordnung als vormontierbare Baueinheit, die über den Träger einfach am Zylinderkopf der Brennkraftmaschine befestigbar ist. Zur Befestigung der Kipphebelachse am Träger und zur Befestigung des Trägers am Zylinderkopf kann jeweils eine Schraubverbindung vorgesehen sein. Die schaltbare Kipphebelanordnung kann so einzeln pro Zylinder direkt am Zylinderkopf befestigt werden. Es ist auch möglich, mehrere Kipphebel auf einer gemeinsamen Kipphebelachse für die gesamte Zylinderzahl anzuordnen. Dem entsprechend kann dann auch gewählt werden, ob nur einzelne Zylinder mit der schaltbaren Kipphebeleinheit versehen werden. Beispielsweise kann für eine Zylinderabschaltung nur die Hälfte der vorhandenen Zylinder der Brennkraftmaschine mit der Kipphebelanordnung ausgestattet werden. Denkbar ist aber auch, alle Zylinder entsprechend auszustatten, wenn eine Schubabschaltung bzw. ein sogenannter Segelbetrieb des Motors realisiert werden soll.
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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 bis 3 jeweils eine perspektivische Ansicht einer erfindungsgemäßen Kipphebelanordnung in verschiedenen Betriebszuständen,
- 4 eine in einer ersten Schnittebene geschnittene Ansicht der Kipphebelanordnung in einem ersten Schaltzustand,
- 5 eine in einer zweiten Schnittebene geschnittene Ansicht der Kipphebelanordnung im ersten Schaltzustand,
- 6 eine in der ersten Schnittebene geschnittene Ansicht der Kipphebelanordnung in einem zweiten Schaltzustand,
- 7 eine in der zweiten Schnittebene geschnittene Ansicht der Kipphebelanordnung in einem dritten Schaltzustand,
- 8 eine in einer dritten Schnittebene geschnittene Ansicht der Kipphebelanordnung.
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Ausführliche Beschreibung der Zeichnungen
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Die in 1 bis 3 dargestellte erfindungsgemäße Kipphebelanordnung weist einen ersten und einen zweiten Kipphebel 1, 2 auf, die auf einer gemeinsamen orts- bzw. maschinenfesten Kipphebelachse 3 angeordnet sind. Der erste Kipphebel 1 besteht aus einem ersten ventilseitigen Hebel 1a zum Betätigen von zwei Auslass-Gaswechselventilen 4, 5 der Brennkraftmaschine und zwei betätigungsseitigen Hebeln 1b, 1c zum schwenkbeweglichen Antrieb. Der zweite Kipphebel 2 umfasst einen zweiten ventilseitigen Hebel 2a zum Betätigen von zwei Einlass-Gaswechselventilen 6, 7 der Brennkraftmaschine und einen dritten schwenkbeweglich antreibbaren betätigungsseitigen Hebel 2b. Die ventilseitigen und betätigungsseitigen Hebel 1a, 1b, 1c, 2a, 2b sind jeweils zueinander verschwenkbar auf der Kipphebelachse 3 angeordnet. Der schwenkbewegliche Antrieb der betätigungsseitigen Hebel 1b, 1c, 2b erfolgt über eine obenliegende Nockenwelle 8.
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Zum Schalten des ersten Kipphebels 1 sind der erste Hebel 1b über erste Koppelmittel 9 und der zweite betätigungsseitige Hebel 1c über zweite Koppelmittel 10 mit dem ersten ventilseitigen Hebel 1a koppelbar. Auf diese Weise ist der erste Kipphebel als schaltbarer Dreifach-Kipphebel ausgeführt. Zum Schalten des zweiten Kipphebels 2 ist der zweite ventilseitigen Hebel 2a durch dritte Koppelmittel 11 mit dem dritten betätigungsseitigen Hebel 2b koppelbar. Dabei sind die Koppelmittel 9, 10, 11 jeweils durch einen zugeordneten separaten elektrischen Aktor 12, 13, 14 selektiv schaltbar.
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Die betätigungsseitigen Hebel 1b,1c, 2a stehen zum schwenkbeweglichen Antrieb jeweils an einem Ende mit einer Nockenrolle 15, 16, 17 in direktem Kontakt mit einem zugeordneten Nocken 18, 19, 20 der Nockenwelle 8 zum Abgriff einer Nockenhubbewegung. Die ventilseitigen Hebel 1a, 2a dienen zur Übertragung der jeweils von den betätigungsseitigen Hebeln 1b, 1c, 2b abgegriffenen Nockenhubbewegung als Ventilhubbewegung auf die jeweiligen Gaswechselventile 4, 5 bzw. 6, 7 der Brennkraftmaschine. Hierzu stehen die ventilseitigen Hebel 1a, 2a an einem ventilseitigen Hebelende in Kontakt mit jeweils zwei Auslass-Gaswechselventilen 4, 5 bzw. mit jeweils zwei Einlass-Gaswechselventilen 6, 7 eines Zylinders der Brennkraftmaschine. Über einen gabelförmigen Ventilkontakt 21, 22, eine sogenannte Ventilbrücke, am ventilseitigen Hebelendbereich des jeweiligen axial innenliegenden ventilseitigen Hebels 1a, 2a können jeweils zwei Gaswechselventile 4, 5 bzw. 6, 7, d.h. 4 Gaswechselventile pro Zylinder, gleichzeitig betätigt werden. Alternativ kann auch jeweils nur ein Gaswechselventil, d.h. zwei Gaswechselventile pro Zylinder, betätigt werden, wobei jeweils eine Ventilbrücke nicht erforderlich ist. Die in 1 und 2 gezeigte Kipphebelanordnung mit zwei schaltbaren Kipphebeln 1, 2 dient zur variablen Ventilsteuerung an einem nicht weiter dargestellten Motor für einen Lastkraftwagen, der mit einer einzigen die Kipphebel 1, 2 antreibenden obenliegenden Nockenwelle 8 dargestellt ist.
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Die ventilseitigen Hebel 1a, 2a sind jeweils als zweiseitige Hebel ausgebildet, deren Drehpunkte jeweils auf der Kipphebelachse 3 jeweils in einem zwischen dem jeweiligen ventilseitigen Hebelendbereich mit dem Ventilkontakt 21, 22 und einem koppelseitigen Hebelendbereich 23, 24 gelegenen mittleren Bereich liegen, so dass jeweils die ventilseitigen Hebelendbereiche einerseits und die koppelseitigen Hebelendbereiche 23, 24 um die Kipphebelachse 3 verschwenkbar sind. Am koppelseitigen Hebelendbereich 23 bzw. 24 sind die ventilseitigen Hebel 1a bzw. 2a mit den betätigungsseitigen Hebeln 1b, 1c, bzw. 2a zur Übertragung einer Ventilhubbewegung koppelbar. Dadurch können die Koppelmittel 9, 10, 11 und die zugeordneten Aktoren 12, 13, 14 nockenwellenseitig der Kipphebelachse 3 zwischen dieser und der Nockenwelle 8 angeordnet werden.
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Die betätigungsseitigen Hebel 1b, 1c, bzw. 2a sind parallel zu den ventilseitigen Hebeln 1a, 2a angeordnet und jeweils mit einem abstützseitigen Ende auf der gemeinsamen Kipphebelachse 3 verschwenkbar gelagert. Der erste Betätigungshebel 1b flankiert den ersten ventilseitigen Hebel 1a an dessen vom zweiten Kipphebel 2 abgewandten axialen äußeren Hebellängsseite, während der zweite Betätigungshebel 1c an dessen dem zweiten Kipphebel 2 zugewandten axial inneren Hebellängsseite positioniert ist. Der dritte Betätigungshebel 2b ist an der vom ersten Kipphebel 1 abgewandten axial äußeren Hebellängsseite des zweiten ventilseitigen Hebels 2a angeordnet.
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Die betätigungsseitigen Hebel 1b, 1c, 2a greifen jeweils mit den Nockenrollen 15, 16, 17 eine Nockenhubbewegung zur Ventilbetätigung von dem jeweiligen Nocken 18, 19, 20 der Nockenwelle 8 ab. Die Nockenrollen 15, 16, 17 sind jeweils an dem vom abstützseitigen Ende abgewandten Ende der betätigungsseitigen Hebel 1a, 2a angeordnet. Der erste betätigungsseitige Hebel 1b greift mit der Nockenrolle 15 eine erste Hubbewegung als Ventilvollhub vom ersten Nocken 18 als Primärnocken ab, während der zweite betätigungsseitige Hebel 1c mit der Nockenrolle 16 eine zweite Hubbewegung als Ventilzusatzhub von einem zweiten Nocken 19 als Sekundärnocken abgreift. Durch den dritten betätigungsseitigen Hebel 2b ist mit der Nockenrolle 17 eine dritte Hubbewegung als Ventilvollhub vom dritten Nocken 20 der Nockenwelle 12 abgreifbar. Auf diese Weise ist durch den ersten ventilseitigen Hebel 1 ein Ventilvollhub und/oder ein Ventilzusatzhub auf die Auslass-Gaswechselventile 4, 5 übertragbar. Durch den zweiten ventilseitigen Hebel 2a ist ein Ventilvollhub auf die Einlass-Gaswechselventile 6, 7 übertragbar.
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In 1 ist die Kipphebelanordnung in einem ersten Betriebszustand in der Grundkreisphase der Nocken 18, 19, 20 dargestellt, während sich in 2 in einem zweiten Betriebszustand der Auslass-Primärnocken 18 in der Nockenhubphase und der Auslass-Sekundärnocken 19 sowie der Einlass-Nocken 20 jeweils in der Grundkreisphase befinden. In einem dritten Betriebszustand gemäß 3 befindet sich der Einlass-Nocken 20 in der Nockenhubphase. Dabei sind der Auslass-Primärnocken 18 und der Auslass-Sekundärnocken 19 in der Grundkreisphase. In der Nockenhubphase wird der jeweilige betätigungsseitige Hebel 1b, 1c, 2b durch den Abgriff eines Nockenhubs betätigt, während er in der Grundkreisphase unbetätigt ist.
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Die Koppelmittel 9, 10, 11 sind jeweils in die zugeordneten ventilseitigen Hebel 1a, 2a und betätigungsseitigen Hebel 1b, 1c, 2b bauraumsparend integriert. 4 und 6 zeigen die Kipphebelanordnung in einem Schnitt mit einer durch die ersten und dritten Koppelmittel 9, 11 und durch die zugeordneten Aktoren 12, 14 verlaufenden ersten Schnittebene. Die ersten und dritten Koppelmittel 9, 11 weisen jeweils einen zylindrischen Betätigungskolben 9a, 11a und einen zylindrischen Koppelkolben 9b, 11b auf. Die Betätigungskolben 9a, 11a sind jeweils in einer axialen Durchgangsbohrung 25 bzw. 26 am koppelseitigen Hebelendbereich 23 bzw. 24 des ersten bzw. des zweiten ventilseitigen Hebels 1a, 2a zum Schalten verschiebbar angeordnet. Am ersten und dritten betätigungsseitigen Hebel 1b bzw. 2b ist jeweils in einer axialen Bohrung 27 bzw. 28 der jeweilige Koppelkolben 9b bzw. 11b verschiebbar aufgenommen.
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Die Betätigungskolben 9a bzw. 11a sind jeweils an einem aktorseitigen Ende stirnseitig in direktem Stellkontakt durch den jeweiligen Aktor 12, 14 axial verschiebbar. Sie stehen jeweils mit dem anderen stirnseitigen Ende in Kontakt mit den jeweiligen Koppelkolben 9b, 11b. Letztere werden durch Federmittel 29, 30 gegen den jeweiligen Betätigungskolben 9a, 11a vorgespannt. Die Federmittel 29, 30 sind jeweils als Schraubendruckfeder in der Bohrung 27, 28 koaxial angeordnet. Die Bewegung der Betätigungskolben 9a, 11a ist jeweils durch eine in die Durchgangsbohrungen 25, 26 am aktorseitigen Ende eingepresste Buchse 31, 32 und jeweils durch einen an dieser axial stirnseitig gebildeten Anschlag 31a, 32a aktorseitig begrenzt.
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In 5 und 7 ist die Kipphebelanordnung in einem Schnitt mit einer durch die zweiten Koppelmittel 10 und dem zugeordneten Aktor 13 verlaufenden zweiten Schnittebene dargestellt. Die zweiten Koppelmittel 10 werden durch einen zylindrischen Koppelkolben 10a gebildet (3), der in einer axialen Durchgangsbohrung 33 des zweiten Betätigungsseitigen Hebels 1c zum Schalten verschiebbar angeordnet ist. Der Koppelkolben 10a ist an einem aktorseitigen Ende stirnseitig in direktem Stellkontakt durch den Aktor 13 axial verschiebbar. Er ist zum Koppeln in eine axiale Bohrung 34 am ersten ventilseitigen Hebel 1a verschiebbar. Die Bohrung 34 ist hier als axiale Durchgangsbohrung ausgeführt. Der Koppelkolben 10a ist durch Federmittel 35 gegen den Aktor 13 vorgespannt. Die Federmittel 35 sind als Schraubendruckfeder in der Bohrung 34 koaxial angeordnet.
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Zum Koppeln sind die Koppelkolben 9b, 10b, 11b jeweils, wie in 4 und 7 dargestellt, in unverschwenkter Grundstellung von dem jeweiligen ventilseitigen- und betätigungsseitigen Hebel 1a und 1b, 1a und 1c, bzw. 2a und 2b in der jeweiligen Grundkreisphase der Nocken 18, 19, 20 (1) mit einem koppelseitigen Ende aus dem koppelseitigen Ende der Bohrung 27, 28 am jeweiligen ventilseitigen Hebel 1a bzw. 2a bzw. der Durchgangsbohrung 33 am zweiten betätigungsseitigen Hebel 1c heraus in die jeweilige Durchgangsbohrung 25, 26 am jeweiligen betätigungsseitigen Hebel 1b, 2b bzw. in die Bohrung 34 des ersten ventilseitigen Hebels 1a verschiebbar. Dabei sind die Koppelkolben 9b, 10b, 11b durch die Federkraft der jeweiligen vorgespannten Federmittel 29, 30 bzw. gegen die Federkraft der Federmittel 35 in die gekoppelte Stellung verschiebbar. Hierbei werden zugleich die Federmittel 35 zum Entkoppeln vorgespannt. Die Entkoppelung nach 5 und 6 erfolgt durch Betätigung des jeweiligen Aktors 12, 13, 14 und Verschiebung der jeweiligen Betätigungskolbens 9a, 10a, 11a in Kontakt mit den jeweiligen Koppelkolben 9b, 10b, 11b gegen die Federkraft der jeweiligen Federmittel 29, 30 bzw. durch die Federkraft der vorgespannten Federmittel 35. Dabei werden die Koppelkolben 9b, 10b, 11b in die jeweilige Bohrung 27, 28 bzw. in die Durchgangsbohrung 33 zurückgeschoben und zugleich die Federmittel 29, 30 zum Koppeln vorgespannt.
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Die Aktoren 12, 13, 14 sind jeweils als elektrische Hub- bzw. Linearmagnete ausgeführt (1 bis 3). Sie sind in einem axial zwischen den Kipphebeln 1, 2 angeordneten gemeinsamen Träger 36 aufgenommen, der mit einer Grundplatte 36a über eine erste Schraubverbindung 37 mit der Kipphebelachse 3 verbunden ist. Der Träger 36 weist zwei von der Grundplatte 36a ausgehende senkrecht zur Kipphebelachse 3 abstehende Arme 36b 36c auf, die parallel zu den Kipphebeln 1, 2 angeordnet sind und sich in Richtung der zur Kipphebelachse 3 parallel angeordneten Nockenwelle 8 erstrecken. Die Arme 36b, 36c bilden zylindrische Buchsen 38, 39, 40, in die die Aktoren 12, 13, 14 jeweils mit einem elektromagnetisch linear verschiebbaren Anker 12a, 13a, 14a angeordnet sind (4 bis 7). An den Armen 36b 36c können die Aktoren 12, 13, 14 jeweils in den Buchsen 26, 27, 28 in beliebigem radialem Abstand zur Kipphebelachse 3 und zugleich nockenwellenseitig der Kipphebelachse 3 zwischen dieser und der Nockenwelle 8 angeordnet werden.
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Durch Bestromung der Hubmagnete ist der jeweilige Anker 12a, 13a, 14a mit einem koppelseitigen Ende in direktem Stellkontakt mit dem jeweiligen Koppelmittel 9, 10, 11 zum Schalten aus der jeweiligen Buchse 38, 39, 40 herausverschiebbar. Durch Abschalten der Bestromung sind die Aktoren 12, 13, 14 deaktivierbar und der jeweilige Anker 12a, 13a, 14a in die jeweilige Buchse 38, 39, 40 zurückverschiebbar. Zur Rückstellung der Anker 12a, 13a, 14a in unbestromtem Zustand können wie dargestellt in die jeweiligen Hubmagnete Rückstellfedermittel 12b, 13b, 14b angeordnet sein. Der Träger 36 bildet an einem ersten Arm 36b eine erste und eine zweite Buchse 38, 39. Der Arm 36b mit den Buchsen 38, 39 ist an der vom ersten ventilseitigen Hebel 1a abgewandten axialen Innenseite des zweiten betätigungsseitigen Hebels 1c angeordnet. Dabei liegen die Buchsen 38, 39 der axialen Innenseite des zweiten betätigungsseitigen Hebels 1c gegenüber. In den Buchsen 38, 39 ist der erste und der zweite Aktor 12, 13 mit dem jeweiligen Anker 12a, 13a zum direkten Stellkontakt mit dem jeweiligen Betätigungskolben 9a bzw. 10a die ersten bzw. die zweiten Koppelmittel 9, 10a angeordnet. Der zweite Arm 36c ist mit einer dritten Buchse 40 ausgebildet und an der axialen Innenseite des zweiten ventilseitigen Hebels 2a entlanggeführt. Dabei liegt die Buchse 40 der axialen Innenseite des zweiten ventilseitigen Hebels 2a gegenüber. Am zweiten Arm 36c ist in der dritten Buchse 40 der dritte Aktor 14 mit dem Anker 14a zum direkten Stellkontakt mit dem Betätigungskolben 11a die ersten bzw. die dritten Koppelmittel 11 angeordnet.
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In einem in 4 und 5 dargestellten ersten Schaltzustand der Kipphebelanordnung befinden sich die Aktoren 12, 13, 14 in deaktiviertem Zustand, d.h. alle drei Hubmagnete sind nicht bestromt und die Anker 12a, 13a, 14a sind in die jeweiligen Buchsen 38, 39, 40 zurückgeschoben. Dabei ist der erste ventilseitige Hebel 1a durch die ersten Koppelmittel 9 mit dem ersten betätigungsseitigen Hebel 1b gekoppelt (4) und zugleich durch die zweiten Koppelmittel 10 vom zweiten betätigungsseitigen Hebel 1c entkoppelt (5). Letzterer befindet sich dadurch im Leerhub, da der vom zweiten Nocken 19 abgegriffene Zusatzventilhub ins Leere geht (2). Hierbei wird nur der vom ersten betätigungsseitigen Hebel 1b am ersten Nocken 18 abgegriffene Ventilvollhub über den ersten ventilseitigen Hebel 1a auf die Auslass-Gaswechselventile 4, 5 übertragen. Zugleich ist der zweite ventilseitige Hebel 2a durch die dritten Koppelmittel 11 mit dem dritten betätigungsseitigen Hebel 2b gekoppelt (4). Dadurch werden die Einlass-Gaswechselventile 6, 7 über den zweiten ventilseitigen Hebel 2a mit dem vom ersten betätigungsseitigen Hebel 1b am dritten Nocken 20 abgegriffenen Ventilvollhub betätigt (2). Die deaktivierten Aktoren 12, 14 befinden sich mit den in die Buchsen 38, 39 zurückgeschobenen Ankern 12a, 14a jeweils in zumindest teilweiser axialer Überdeckung mit den Stirnflächen der aktorseitigen Enden des ersten bzw. dritten Betätigungskolbens 9a, 11a, der mit dem ersten bzw. zweiten ventilseitigen Hebel 1a, 2a verschwenkt ist (4 und 6). Dadurch sind die ersten und zweiten Koppelmittel 9, 11 durch die ersten und dritten Aktoren 12, 14 permanent ohne Verzögerung ansteuerbar. Dies wird auch dadurch ermöglicht, dass die Aktoren 12, 14 im Träger 16 und die Koppelmittel 9, 11 in den ventilseitigen Hebeln 1a, 2a nahe an der Kipphebelachse 3 angeordnet sind und deshalb die absolute Bewegung der Betätigungskolben 9a, 11a während einer Schwenkbewegung der ventilseitigen Hebel 1a, 2a gering ist, auch bei einem Ventilvollhub.
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Da im ersten Schaltzustand gemäß 5 der zweite Aktor 13 deaktiviert ist, ist der zweite Koppelkolben 10a durch die Federkraft der zugeordneten Federmittel 30 in die entkoppelte Stellung verschoben. Er liegt mit seinem pilzförmig aufgeweiteten aktorseitigen Ende 41 stirnseitig am ersten Arm 36b des Trägers 36 axial an. Mit dem pilzförmig aufgeweiteten Ende 41 gleitet der zweite Koppelkolben 10a bei einer Schwenkbewegung des zweiten betätigungsseitigen Hebels 1c stirnseitig am ersten Arm 36b hin und her. Auf diese Weise ist er gegen ein Herausfallen aus der Durchgangsbohrung 33 am Träger 36 gesichert.
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In dem in 6 dargestellten zweiten Schaltzustand der Kipphebelanordnung ist nur der erste und der dritte Aktor 12, 14 aktiviert. Dabei werden durch die ausgefahrenen Anker 12a, 14a die ersten und dritten Koppelmittel 9, 11 in die entkoppelte Stellung verschoben und der erste ventilseitige Hebel 1a vom ersten betätigungsseitigen Hebel 1b sowie der dritte ventilseitige Hebel 2a vom dritten betätigungsseitigen Hebel 2b entkoppelt. Da der zweite Aktor 12 deaktiviert ist, ist der zweite betätigungsseitige Hebel 1c vom ersten ventilseitigen Hebel 1a entkoppelt. Hierdurch sind der erste ventilseitige Hebel 1a und der zweite ventilseitige Hebel 2a deaktiviert. Der entkoppelte erste und der entkoppelte dritte betätigungsseitige Hebel 1b, 2b befinden sich im Leerhub, da der von diesen am ersten bzw. am zweiten Nocken 18, 19 abgegriffene Ventilvollhub jeweils ins Leere geht (2). Dadurch sind beide Kipphebel 1, 2 abgeschaltet und übertragen keinen Ventilhub auf die Gaswechselventile 4, 5 bzw. 6, 7 (2). Auf diese Weise wird im zweiten Betriebszustand der Kipphebelanordnung eine Zylinderabschaltung realisiert.
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Nach 7 ist in einem dritten Schaltzustand der Kipphebelanordnung der zweite Aktor 13 aktiviert, während der erste Aktor 12 deaktiviert ist. Der Anker 13a des zweiten Aktors 13 ist ausgefahren. Hierbei ist der erste ventilseitige Hebel 1a über die zweiten Koppelmittel 10 mit dem zweiten betätigungsseitigen Hebel 1c gekoppelt und der von letzterem am zweiten Nocken 19 abgegriffene Zusatzventilhub wird auf ersteren übertragen (3). Da zugleich der erste ventilseitige Hebel 1a durch die ersten Koppelmittel 9 mit dem ersten betätigungsseitigen Hebel 1b gekoppelt ist (4), wird auch der von letzterem am ersten Nocken 18 abgegriffene Ventilvollhub auf ersteren übertragen (3). Hierbei werden die Auslass-Gaswechselventile 4, 5 durch den ersten ventilseitigen Hebel 1a mit dem Ventilvollhub des Primärnockens 18 und durch den zuschaltbaren Zusatzventilhub des Sekundärnockens 19 angesteuert.
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Dabei kann in einem vierten Schaltzustand der Kipphebelanordnung der erste Aktor 12 aktiviert und der erste ventilseitige Hebel 1a durch die ersten Koppelmittel 9 vom ersten betätigungsseitigen Hebel 1b entkoppelt werden. Letzterer gelangt so in den Leerhub. Auf diese Weise wird nur der vom zweiten Betätigungsseitigen Hebel 1c am Sekundärnocken 19 abgegriffene Zusatzventilhub durch den ersten ventilseitigen Hebel 1a auf die Auslass-Gaswechselventile 4, 5 übertragen (3).
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Die Aktoren 12, 13, 14 mit den Ankern 12b, 13b, 14b und die Koppelmittel 9, 10, 11 in den Bohrungen 27, 28, 34 und den Durchgangsbohrungen 25, 26, 33 sind jeweils parallel zur Kipphebelachse 3 und quer zur Längsachse der Kipphebel 1, 2 zum Schalten verschiebbar angeordnet. Auf diese Weise sind die Kipphebel 1, 2 durch eine bauraumsparende sogenannte Querverriegelung schaltbar, die zugleich eine Anordnung der Koppelmittel 9, 10, 11 nahe der Kipphebelachse ermöglicht.
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Die Kipphebel 1, 2 sind durch die Aktoren 12, 13 bzw. 14 jeweils einzeln betätigbar. Die Hubmagnete der Aktoren 12, 13, 14 sind über eine nicht dargestellte Steuerelektronik ansteuerbar. Hierzu ist ein zentraler Kontakt, insbesondere ein Zentralstecker, in die Kipphebelanordnung integriert. Ein Anschluss zur Motorsteuerung, der hier nicht dargestellt ist, kann außerhalb des Zylinderkopfes der Brennkraftmaschine angeordnet sein. Durch einen Schaltbefehl von der Motorsteuerung, ein sogenanntes Can-Signal, können die Hubmagnete aktiviert werden. Die Berechnung des exakten Bestromungszeitpunktes der Hubmagnete übernimmt die integrierte Elektronik. Des Weiteren entscheidet auch die integrierte Elektronik, welcher der einzelnen Hubmagnete angesteuert wird.
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Die Kipphebelanordnung kann gemäß 8 auf einfache Weise mit der Kipphebelachse 3 durch eine zweite Schraubverbindung 42 direkt am angedeuteten Zylinderkopf 43 der Brennkraftmaschine befestigt werden. Hierzu sind mehrere Schrauben der Schraubverbindung 42 jeweils im Bereich der Grundplatte 36a des Trägers 36 durch radiale Durchgangsbohrungen 44, 45 an der Kipphebelachse 3 hindurchgeführt und in einer Gewindebohrung 46, 47 am Zylinderkopf 43 verschraubt (1 bis 3 und 8). Es ist auch denkbar, durch die erste oder die zweite Schraubverbindung 37, 42 die Kipphebelachse 3 und den Träger 36 am Zylinderkopf 43 zu befestigen (1 bis 3).
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Nach 4 bis 8 sind Rückstellfedermittel 48, 49, 50 vorgesehen, die jeweils den jeweiligen ventilseitigen Hebel 1a, 2a und den jeweils zugeordneten betätigungsseitigen Hebel 1b, 1c, 2b gegeneinander in die unverschwenkte Grundstellung vorspannen. Die Rückstellfedermittel 48, 49, 50 dienen zur Rückstellung der Hebel in entkoppeltem Zustand in die Grundstellung. Erste und zweite Rückstellfedermittel 48, 49 sind jeweils zwischen dem ersten ventilseitigen Hebel 1a und dem ersten bzw. dem zweiten betätigungsseitigen Hebel 1b, 1c und dritte Rückstellfedermittel 50 zwischen dem zweiten ventilseitigen Hebel 2a und dem dritten betätigungsseitigen Hebel 2b wirkend angeordnet.
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Die Rückstellfedermittel 48, 49, 50 sind jeweils als Dreh- bzw. Torsionsfeder vorzugsweise als Drehschenkelfeder ausgeführt. Sie sind koaxial zur Kipphebelachse 3 spulenförmig in fluchtend axial gegenüberliegenden ringförmigen Ausnehmungen 51, 52 bzw. 53, 54 bzw. 55, 56 an den jeweils gegenüberliegenden axialen Hebellängsseiten der jeweiligen ventilseitigen Hebel 1a, 2a und den jeweils diesen zugeordneten betätigungsseitigen Hebeln 1b, 1c, 2b angeordnet. Sie sind jeweils mit einem Federende an dem jeweiligen ventilseitigen Hebel 1a, 2a und mit dem anderen Federende an dem jeweils zugeordneten betätigungsseitigen Hebel 1b, 1c, 2b in Schwenkrichtung verspannt. In einer ersten Ausnehmung 51 an der vom zweiten betätigungsseitigen Hebel 1c abgewandten äußeren axialen Hebellängsseite des ersten ventilseitigen Hebels 1a und in einer dieser fluchtend gegenüberliegenden zweiten Ausnehmung 52 an der inneren axialen Hebellängsseite des ersten betätigungsseitigen Hebels 1b sind erste Rückstellfedermittel 48 aufgenommen. Zweiten Rückstellfedermittel 49 sind in einer an der vom ersten betätigungsseitigen Hebel 1b abgewandten inneren axialen Hebellängsseite des ersten ventilseitigen Hebels 1a ausgebildeten dritten Ausnehmung 53 und in einer mit dieser korrespondierenden vierten Ausnehmung 54 an der äußeren axialen Hebellängsseite des zweiten betätigungsseitigen Hebels 1c untergebracht. Zur Aufnahme dritter Rückstellfedermittel 50 ist eine fünfte Ausnehmung 55 an der äußeren axialen Hebellängsseite des zweiten ventilseitigen Hebels 2a vorgesehen, die mit einer sechsten Ausnehmung 56 an der äußeren axialen Hebellängsseite des dritten betätigungsseitigen Hebels 2b korrespondiert. Die Rückstellfedermittel 48, 49, 50 sind dabei in den Ausnehmungen 51, 52 bzw. 53, 54 bzw. 55, 56 jeweils radial und axial geführt.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Kipphebel
- 1a
- Hebel
- 1b
- Hebel
- 1c
- Hebel
- 2
- Kipphebel
- 2a
- Hebel
- 2b
- Hebel
- 3
- Kipphebelachse
- 4
- Gaswechselventil
- 5
- Gaswechselventil
- 6
- Gaswechselventil
- 7
- Gaswechselventil
- 8
- Nockenwelle
- 9
- Koppelmittel
- 9a
- Betätigungskolben
- 9b
- Koppelkolben
- 10
- Koppelmittel
- 10a
- Koppelkolben
- 11
- Koppelmittel
- 11a
- Betätigungskolben
- 11b
- Koppelkolben
- 12
- Aktor
- 12a
- Anker
- 12b
- Rückstellfedermittel
- 13
- Aktor
- 13a
- Anker
- 13b
- Rückstellfedermittel
- 14
- Aktor
- 14a
- Anker
- 14b
- Rückstellfedermittel
- 15
- Nockenrolle
- 16
- Nockenrolle
- 17
- Nockenrolle
- 18
- Nocken, Primärnocken
- 19
- Nocken, Sekundärnocken
- 20
- Nocken
- 21
- Ventilkontakt
- 22
- Ventilkontakt
- 23
- Hebelendbereich
- 24
- Hebelendbereich
- 25
- Durchgangsbohrung
- 26
- Durchgangsbohrung
- 27
- Bohrung
- 28
- Bohrung
- 29
- Federmittel
- 30
- Federmittel
- 31
- Buchse
- 31a
- Anschlag
- 32
- Buchse
- 32a
- Anschlag
- 33
- Durchgangsbohrung
- 34
- Bohrung
- 35
- Federmittel
- 36
- Träger
- 36a
- Grundplatte
- 36b
- Arm
- 36c
- Arm
- 37
- Schraubverbindung
- 38
- Buchse
- 39
- Buchse
- 40
- Buchse
- 41
- Ende
- 42
- Schraubverbindung
- 43
- Zylinderkopf
- 44
- Durchgangsbohrung
- 45
- Durchgangsbohrung
- 46
- Gewindebohrung
- 47
- Gewindebohrung
- 48
- Rückstellfedermittel
- 49
- Rückstellfedermittel
- 50
- Rückstellfedermittel
- 51
- Ausnehmung
- 52
- Ausnehmung
- 53
- Ausnehmung
- 54
- Ausnehmung
- 55
- Ausnehmung
- 56
- Ausnehmung
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102017129720 A1 [0002]
