DE102020126356A1

DE102020126356A1 - Trägermodul für einen schaltbaren Ventiltrieb einer Schwerlast-Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE102020126356A1
Application number: DE102020126356.2A
Authority: DE
Inventors: Dimitri Schott; Harald Elendt; Andreas Moeller; Michael Knorr
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2020-10-08
Filing date: 2020-10-08
Publication date: 2022-04-14

Abstract

Vorgeschlagen ist ein Trägermodul (1) für einen schaltbaren Ventiltrieb einer Schwerlast-Brennkraftmaschine, vorgesehen für je einen Zylinder dieser, mit einem Achsstück (2), das zumindest eine Baugruppe (3) mit wenigstens einem Nockenkipphebel (4) und einem Ventilkipphebel (5) neben dem wenigstens einen Nockenkipphebel (4), relativ verschwenkbeweglich zueinander, aufweist, mit einem Querkoppelmechanismus (6) in den beiden Kipphebeln (4, 5) und mit einer Grundplatte (7) mit zumindest einem e-Aktor (8) zur Beaufschlagung des Querkoppelmechanismus (6) für eine Entkopplung der beiden Kipphebel (4, 5) voneinander.

Description

Die Erfindung betrifft ein Trägermodul für einen schaltbaren Ventiltrieb einer Schwerlast-Brennkraftmaschine, vorgesehen für je einen Zylinder dieser, mit einem Achsstück, das zumindest eine Baugruppe mit wenigstens einem Nockenkipphebel und einem Ventilkipphebel neben dem wenigstens einen Nockenkipphebel, relativ verschwenkbeweglich zueinander, aufweist, mit einem Querkoppelmechanismus in den beiden Kipphebeln und mit einer Grundplatte mit zumindest einem e-Aktor zur Beaufschlagung des Querkoppelmechanismus für eine Entkopplung der beiden Kipphebel voneinander hierin, wobei der Querkoppelmechanismus für eine Kopplung der beiden Kipphebel miteinander von einem Druckfedermittel abschnittsweise unter eine Mitnehmerfläche des dem e-Aktor benachbarten Kipphebels verlagerbar ist, wobei der Nockenkipphebel an einer Vorderseite des Trägermoduls eine Kontaktfläche für einen Anlauf zumindest eines Nockens und der Ventilkipphebel an einer Hinterseite des Trägermoduls eine Übertragungsfläche für wenigstens ein Gaswechselventil hat, welche Kipphebel entweder bei der Vorder- oder bei der Hinterseite einen Überlappungsabschnitt mit dem Querkoppelmechanismus hierin besitzen und wobei sich die fest mit dem Achsstück verbundene Grundplatte mit einem Bereich an einer Außenwand eines der Kipphebel bei dem Überlappungsabschnitt entlang erstreckt, in welchem Bereich der e-Aktor sitzt.
Als nächstkommend wird die zum Anmeldezeitpunkt noch nicht veröffentlichte DE 10 2020 113 222.0 betrachtet. Das hieraus hervorgehende Trägermodul hat zwei Baugruppen. Eine erste, einlassseitige Baugruppe mit genau einem Nockenkipphebel, der abschnittsweise Wand-an-Wand mit einem Ventilkipphebel verläuft und eine zweite, auslassseitige Baugruppe, mit zwei Nockenkipphebeln, welche einen Ventilkipphebel einfassen (s. 1). Beide Baugruppen verlaufen auf einer gemeinsamen Achse. Der ersten Baugruppe ist dabei ein e-Aktor zugeordnet und die zweiten Baugruppe wird von zwei e-Aktoren betätigt. Die jeweiligen Querkoppelmechanismen in den Baugruppen bestehen aus je einem kolbenartigen Koppelschieber in jedem Kipphebel, wobei im aktorseitigen Kipphebel zudem noch eine Anschlagbuchse verbaut ist.
Ein weiteres Trägermodul für einen schaltbaren Ventiltrieb, hier einer einzylindrigen Motorradbrennkraftmaschine, geht aus der DE 10 2016 201 514 A1 hervor. Auf einer Schiebeachse sitzen axial fest Schwinghebel, die von Nocken unterschiedlichen Hubes beaufschlagbar sind. Eine Verschiebung der Achse erfolgt über einen aktorbetätigten Schiebenutmechanismus.
Zudem wird auf das kastenartige Trägermodul für einen nichtschaltbaren Ventiltrieb nach der DE 10 2015 200 100 B3 verwiesen.
Es ist Aufgabe der Erfindung, ein Trägermodul für einen Ventiltrieb einer Schwerlastbrennkraftmaschine mit einem vereinfachten Koppelmechanismus zu entwerfen.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die neuen Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Demnach weist der Querkoppelmechanismus genau einen Koppelschieber auf, welcher in einer Aufnahme des dem Bereich der Grundplatte entfernten Kipphebels sitzt und über das Druckfedermittel abschnittsweise unter die Mitnehmerfläche des dem e-Aktor benachbarten Kipphebels verlagerbar ist, welche Mitnehmerfläche Bestandteil einer Durchgangsöffnung in dem aktorseitigen Kipphebel ist und wobei sich ein Anker des e-Aktors durch die Durchgangsöffnung erstreckt und permanent an einer aktorseitigen Stirn des Koppelschiebers anliegt.
Somit liegt ein Trägermodul vor, dessen Querkoppelmechanismus vereinfacht ist, weniger Bauteile aufweist und sich simpler montieren lässt. Besonderer Clou ist hierbei, dass der axial deutlich verlängerte Anker des e-Aktors im Koppelmodus der beiden Kipphebel eine Relativbewegung zur aktorseitigen Stirn des Koppelschiebers vollzieht. Die Durchgangsöffnung im aktorseitigen Kipphebel kann hierbei, muss jedoch nicht, eine Bohrung sein. Entscheidend ist, dass diese ausreichend groß für eine ungestörte Verschwenkbewegung des Hebelpaares ist. Das Trägermodul macht sich hierbei von seinem Aufbau her den im Bereich der Schwerlastbrennkraftmaschinen vergleichsweise großen Bauraum im Zylinderkopf zunutze. Dessen wesentliche Bauteile sind soweit es geht „unfiligran“ gestaltet.
Das Trägermodul kann im einfachsten Fall aus nur einer am Einlass oder am Auslass applizierten Baugruppe mit einem Nocken- und einem Ventilkipphebel bestehen, wohingegen die andere Ventilseite nichtschaltbar ist. Eine weitere Lösung sieht eine beidseitige Variabilität vor („Hubumschalter“ u./o. „Hubabschalter“). In diesem Fall würde die Grundplatte mittig zwischen beiden Baugruppen liegen.
Die Grundplatte ist mit dem die Kipphebel tragenden Achsstück zweckmäßigerweise verschraubt. Die Grundplatte selbst wird, gemäß einer besonders bevorzugten Fortbildung der Erfindung, komplett extern vormontiert an die Brennkraftmaschine geliefert und dort mit dieser fest, bspw. ebenfalls über eine Verschraubung, verbunden.
Die Kipphebel des Trägermoduls bestehen vorteilhafterweise aus Guss, einem MIM-Werkstoff oder sind geschmiedet bzw. in einem 3-D-Verfahren gefertigt. Der lediglich eine Koppelschieber je Querkoppelmechanismus hat bspw. eine kolbenartige Geometrie. Alternativ kann er zumindest in seinem Koppelabschnitt auch abgeflacht sein.
Als Zustellmittel für den jeweiligen Koppelschieber ist wenigstens eine Schraubendruckfeder vorgeschlagen, welche gegen eine aktorferne Stirn dieses wirkt. Eine anderenendige Abstützung erfährt die Schraubendruckfeder an einer Anlage einer Außenwand des respektiven Kipphebels, welche Anlage bspw. eine einteilige topfartige Ausformung der Seitenwand oder ein separater Topf sein kann. Im Fall von ausreichend Bauraum kann auf die Ausformung auch gänzlich verzichtet werden. Die Anlage fluchtet dabei zur Seitenwand. Anstelle der Schraubendruckfeder kommt auch ein anderes Servomittel infrage, so bspw. auch ein weiterer e-Aktor.
Ein weiterer Unteranspruch betrifft eine Verdrehbegrenzung zwischen den zumindest zwei Kipphebeln. Diese ragt von einer Längsstirn (obere oder untere) eines der Kipphebel quer über eine Längsstirn (obere oder untere) des anderen der Kipphebel und ist als simpler Quersteg ausgebildet. Hierdurch wird bei Nockengrundkreisdurchlauf eine fluchtende Position der Aufnahme mit dem Koppelschieber zu der Durchgangsöffnung geschaffen und ein „Überschwingen“ des Nockenkipphebels verhindert. Alternativ kann die Verdrehbegrenzung auch im Bereich des Achsstücks liegen.
Zur Zeichnung:

• 1 zeigt eine teilgeschnittene räumliche Ansicht auf das Trägermodul und
• 2 das Trägermodul in einer aufrechten Schnittebene auf Höhe des Querkoppelmechanismus.

Das Trägermodul 1 ist Bestandteil eines abschaltbaren Ventiltriebs einer Schwerlast-Brennkraftmaschine und vorgesehen für einen Zylinder dieser, so bspw. einlassventilseitig. Das Trägermodul 1 wird, wie gezeigt, fertig vormontiert an die Brennkraftmaschine (mit weiteren Modulen für weitere Zylinder) geliefert und dort mit deren Zylinderkopf über dessen Grundplatte 7 verschraubt.
Das Trägermodul 1 besteht aus einem Achsstück 2, auf dem, wie aus beiden Figuren ersichtlich, eine Baugruppe 3 verläuft, bestehend einem Nockenkipphebel 4, der abschnittsweise Wand-an-Wand (Überlappungsabschnitt 13) mit einem Ventilkipphebel 5 liegt. Beide Kipphebel 4, 5, die hierbei aus Guss bestehen, sind zueinander relativ verschwenkbeweglich. Der Nockenkipphebel 4 wird auf der Vorderseite 9 des Trägermoduls 1 (Bereich unterhalb der schematisch gezeichneten Symmetrielinie in 1) von genau einem Nocken 29 aktuiert. Der Ventilkipphebel 5 wirkt auf der Hinterseite 11 des Trägermoduls 1 (Bereich oberhalb der Symmetrielinie in 1) auf eine Brücke zur gleichzeitigen Beaufschlagung von zwei Gaswechselventilen ein (nicht gezeichnet, siehe DE 10 2020 113 222.0 ).
Auf der Vorderseite 9 des Trägermoduls 1 liegt in dem Kipphebelpaar 4, 5 ein Querkoppelmechanismus 6 mit lediglich einem kolbenartigen Koppelschieber 15. Dieser sitzt im Entkoppelfall in einer Aufnahme 16 des Nockenkipphebels 4, wobei in 1 der Koppelfall dargestellt ist. Zur Verlagerung des Koppelschiebers 15 in die gezeichnete Koppelstellung ist ein als eine Schraubendruckfeder vorliegendes Druckfedermittel 17 vorgesehen. Dieses ist zwischen einer dem Ventilkipphebel 5 abgewandten Stirn 22 des Koppelschiebers 15 und einer Anlage 23 an einer freien Außenwand 24 des Nockenkipphebels 4 eingespannt. Die Anlage 23 liegt als einteilige, topfartige Ausformung 25 der Außenwand 24 vor.
Zur vorbeschriebenen Kopplung der beiden Kipphebel 4, 5 miteinander hat der Ventilkipphebel 5 eine Durchgangsöffnung 19 mit einer hier in der Zeichnung obenliegenden Mitnehmerfläche 18. Die Durchgangsöffnung 19 ist eine Bohrung.
Wie am besten aus 1 hervorgeht, erstreckt sich die Grundplatte 7 mit einem Bereich 14 an einer Außenwand 30 des Ventilkipphebels 5 bei dem Überlappungsabschnitt 13 entlang. In diesem Bereich 14 (s. 2) ist ein e-Aktor 8 zur Beaufschlagung des Querkoppelmechanismus 6 für eine Entkopplung der beiden Kipphebel 4, 5 voneinander verbaut. Ein verlängerter Anker 20 des e-Aktors 8 erstreckt sich permanent durch die Durchgangsöffnung 19 und wirkt auf eine aktorseitige Stirn 21 des Koppelschiebers 15 dauerhaft ein. Die Durchgangsöffnung 19 hat einen derartigen Durchmesser, dass es im abgeschalteten Zustand des e-Aktors 8 (Koppelmodus der beiden Kipphebel 4, 5 miteinander, wie in 2 gezeigt) beim Verschwenken des Kipphebelpakets 4, 5 nicht zu einem Kontakt des Ankers 20 mit der Durchgangsöffnung 19 kommt.
Eine Kopplung / Entkopplung der beiden Kipphebel 4, 5 erfolgt wie üblich bei Nockengrundkreisdurchlauf. Dabei ist zur Definierung einer Grundposition der beiden Kipphebel zueinander, bei welcher die Aufnahme 16 im Nockenkipphebel 4 zur Durchgangsöffnung 19 im Ventilkipphebel 5 fluchtet, ein Verdrehanschlag 26 vorgesehen. Dieser liegt, wie am besten 1 offenbart, als einteilig angebundener Quersteg vor, weleher von einer oberen Längsstirn 27 des Nockenkipphebels 4 über eine obere Längsstirn 28 des Ventilkipphebels 5 ragt.
Bezugszeichenliste

1: Trägermodul
2: Achsstück
3: Baugruppe
4: Nockenkipphebel, Kipphebel
5: Ventilkipphebel, Kipphebel
6: Querkoppelmechanismus
7: Grundplatte
8: e-Aktor
9: Vorderseite
10: Kontaktfläche
11: Hinterseite
12: Übertragungsfläche
13: Überlappungsabschnitt
14: Bereich
15: Koppelschieber
16: Aufnahme
17: Druckfedermittel
18: Mitnehmerfläche
19: Durchgangsöffnung
20: Anker
21: aktorseitige Stirn
22: aktorferne Stirn
23: Anlage
24: Außenwand
25: Ausformung
26: Verdrehanschlag
27: Längsstirn
28: Längsstirn
29: Nocken
30: Außenwand

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 102020113222 [0002, 0015]
DE 102016201514 A1 [0003]
DE 102015200100 B3 [0004]

Claims

Trägermodul (1) für einen schaltbaren Ventiltrieb einer Schwerlast-Brennkraftmaschine, vorgesehen für je einen Zylinder dieser, mit einem Achsstück (2), das zumindest eine Baugruppe (3) mit wenigstens einem Nockenkipphebel (4) und einem Ventilkipphebel (5) neben dem wenigstens einen Nockenkipphebel (4), relativ verschwenkbeweglich zueinander, aufweist, mit einem Querkoppelmechanismus (6) in den beiden Kipphebeln (4, 5) und mit einer Grundplatte (7) mit zumindest einem e-Aktor (8) zur Beaufschlagung des Querkoppelmechanismus (6) für eine Entkopplung der beiden Kipphebel (4, 5) voneinander, wobei der Nockenkipphebel (4) an einer Vorderseite (9) des Trägermoduls (1) eine Kontaktfläche (10) für einen Anlauf zumindest eines Nockens (29) und der Ventilkipphebel (5) an einer Hinterseite (11) des Trägermoduls (1) eine Übertragungsfläche (12) für wenigstens ein Gaswechselventil hat, welche Kipphebel (4, 5) entweder bei der Vorder- oder bei der Hinterseite (9, 11) einen Überlappungsabschnitt (13) mit dem Querkoppelmechanismus (6) hierin besitzen, wobei sich die fest mit dem Achsstück (2) verbundene Grundplatte (7) mit einem Bereich (14) an einer Außenwand (30) eines der Kipphebel (5, 4) bei dem Überlappungsabschnitt (13) entlang erstreckt, in welchem Bereich (14) der e-Aktor (8) sitzt, wobei der Querkoppelmechanismus (6) genau einen Koppelschieber (15) aufweist, welcher in einer Aufnahme (16) des dem Bereich (14) entfernten Kipphebels (4, 5) sitzt und über ein Druckfedermittel (17) abschnittsweise unter eine Mitnehmerfläche (18) des dem e-Aktor (8) benachbarten Kipphebels (5, 4) für eine Kopplung der beiden Kipphebel (4, 5) miteinander verlagerbar ist, welche Mitnehmerfläche (18) Bestandteil einer Durchgangsöffnung (19) in dem aktorseitigen Kipphebel (5, 4) ist und wobei sich ein Anker (20) des e-Aktors (8) durch die Durchgangsöffnung (19) erstreckt und permanent an einer aktorseitigen Stirn (21) des Koppelschiebers (15) anliegt.
Trägermodul nach Anspruch 1, wobei das den Koppelschieber (15) beaufschlagende Druckfedermittel (17) wenigstens eine Schraubendruckfeder ist, welche entweder zwischen einer aktorfernen Stirn (22) des Koppelschiebers (15) oder einer Ringstufe von diesem und einer Anlage (23) an einer freien Außenwand (24) des dem Bereich (14) entfernten Kipphebels (4, 5) eingespannt ist.
Trägermodul nach Anspruch 2, wobei die Anlage (23) an der freien Außenwand (24) des dem Bereich (14) entfernten Kipphebels (4, 5) entweder als einteilige, topfartige Ausformung (25) oder als separater Topf vorliegt.
Trägermodul nach Anspruch 1, wobei zwischen den beiden Kipphebeln (4, 5) ein Verdrehanschlag (26) vorgesehen ist, über welchen der im Entkoppelfall bei Nockenhub jeweils einen Leerhub vollziehende Nockenkipphebel (4) eine Grundposition bei Nockengrundkreisdurchlauf erlangt.
Trägermodul nach Anspruch 4, wobei zur Darstellung des Verdrehanschlags (26) ein einteilig angebundener Quersteg von einer Längsstirn (27) des einen Kipphebels (4) über / unter eine Längsstirn (28) des anderen Kipphebels (5) ragt.
Trägermodul nach Anspruch 1, wobei die beiden Kipphebel (4, 5) als Schmiede-, Guss- oder MIM-Teile vorliegen oder in einem 3D-Druckverfahren gefertigt sind.
Trägermodul nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das Trägermodul (1) extern vormontiert an die Brennkraftmaschine geliefert und dort über die Grundplatte (7) mit dieser gefügt ist.