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Die Erfindung betrifft ein Schiebenockensystem für eine Brennkraftmaschine mit wenigstens einer Nockenwelle umfassend eine Trägerwelle mit wenigstens zwei, jeweils eine Primär- oder eine Sekundärschaltkulisse umfassenden Schiebenockenelementen, wobei die Schiebenockenelemente mittels eines angesteuerten Aktuators in Verbindung mit wenigstens einem Verstellelement auf der Trägerwelle axial beweglich angeordnet sind, wobei das Verstellelement parallel zu einer Längsachse und der Trägerwelle in Richtung der Längsachse der Trägerwelle axial verschiebbar angeordnet ist. Die Erfindung betrifft zudem eine Brennkraftmaschine mit wenigstens einem solchen Schiebenockensystem.
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Ein Schiebenockensystem oben genannter Art ist beispielsweise aus
DE 10 2011 054 218 A1 bekannt. Bei dem bekannten Schiebenockensystem ist eine drehbar gelagerte Nockenwelle vorgesehen. Die Nockenwelle umfasst mehrere Schiebenocken. Die Schiebenocken sind axial beweglich. Die axiale Bewegung der Schiebenocken wird durch einen Aktuator eingeleitet. Dazu ist eine Kopplungsstange über eine Schaltgabel fest mit einem Schiebenocken verbunden, der durch den Aktuator unmittelbar axial bewegt wird. Bei einer axialen Bewegung des Schiebenockens bewegt sich die Kopplungsstange mit dem Schiebenocken. Die Kopplungsstange umfasst Kulissen. Die Kulissen sind fest mit der Kopplungsstange verbunden. Die Kulissen sind jeweils einem weiteren Schiebenocken zugeordnet. Die weiteren Schiebenocken weisen Stifte auf, die mit den jeweils zugeordneten Kulissen derart zusammenwirken, dass die weiteren Schiebenocken entsprechend der Bewegung des mit der Kopplungsstange fest verbundenen Schiebenockens verschoben werden.
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Zur axialen Verschiebung bzw. Verstellung des Schiebenockenelements weisen die vorbekannten Schiebenockensysteme Schaltkulissen auf, die Schaltnuten umfassen. Bekannte Ausbildungen von Schaltnuten sind beispielsweise S-Nuten, Y-Nuten und Doppel-S-Nuten. Zur Verschiebung bzw. Verstellung des Schiebenockenelements steht die Kopplungsstange regelmäßig mit den Nuten unterschiedlicher Schaltkulissen in Wirkverbindung, beispielsweise über einen in eine Nut eingreifenden Pin.
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Weiterhin ist aus der DPMA Anmeldung
DE 10 2019 107 626.9 und aus der parallelen PCT/EP2020/058182 der Anmelderin ein Schiebenockensystem für eine Brennkraftmaschine bekannt, welche jeweils hinsichtlich deren Beschreibung zum Inhalt dieser Anmeldung gemacht werden, sodass die darin aufgeführten Merkmale auch als Merkmale der vorliegenden Anmeldung zu verstehen sind. In den oben genannten Anmeldungen, welche als interner, noch nicht veröffentlichter Stand der Technik zu verstehen sind, ist ein Schiebenockensysteme mit wenigstens einer Nockenwelle beschrieben worden, umfassend eine Trägerwelle mit wenigstens zwei Schiebenockenelementen. Die Schiebenockenelemente umfassen jeweils eine Schaltkulisse mit wenigstens einer Schaltnut, wobei die Schiebenockenelemente durch wenigstens einen Aktuator-Pin axial zur Trägerwelle verschiebbar sind. Parallel zu einer Längsachse der Trägerwelle ist wenigstens ein Verstellelement angeordnet, wobei das Verstellelement in Richtung der Längsachse der Trägerwelle axial verschiebbar ist.
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Die vorhergehend beschriebenen Schiebenockensysteme weisen folgende Nachteile auf:
- Bei der Konstruktion und Fertigung von Motoren ist es notwendig, dass der vorhandene Bauraum effizient genutzt wird. Der schaltnutenbasierte Kopplungsstangenmechanismus der vorbekannten Schiebenockensysteme benötigt konstruktionsbedingt jedoch viel Platz. Ferner ist der Fertigungs- und der Kostenaufwand, der eine solcher Kopplungsmechanismus verursacht, vergleichsweise hoch. Zudem ist das oftmals als Pin ausgestaltete Kopplungselement bei dem vorbekannten Kopplungsmechanismus einer hohen tribologischen Belastung bei den Schaltprozessen ausgesetzt, da ein Kopplungselement mit zwei Flanken zusammenwirkt, so dass das Kopplungselement sowohl bei der Hin- als auch bei der Rückschaltung belastet wird.
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Ausgehend von dem vorbeschriebenen Stand der Technik liegt der Erfindung daher die Aufgabe zugrunde, eine bauraumsparendes, einfach und kostengünstig zu fertigendendes Schiebenockensystem vorzuschlagen, das es zudem erlaubt, die auftretenden tribologischen Belastung bei Schaltprozessen zu minimieren und hierdurch die Lebensdauer des Schiebenockensystem deutlich zu erhöhen.
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Hier setzt die vorliegende Erfindung an und macht es sich zur Aufgabe ein verbessertes Schiebenockensystem bereitzustellen, wobei die wenigstens eine Sekundärschaltkulisse des Schiebenockensystems einen radial nach außen gerichteten Verschiebesteg aufweist, wobei der Verschiebesteg mit zwei seitlich angeordneten Verschiebeflanken ausgestaltet ist, wobei sich die Verschiebeflanken zumindest teilweise in Umfangsrichtung der Sekundärschaltkulisse erstrecken und wobei das Verstellelement zwei in Richtung der Längserstreckung des Verstellelementes voneinander beabstandete Kopplungselemente aufweist, die mit der Sekundärschaltkulisse in Wirkverbindung stehen.
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Ein solches Schiebenockensystem für eine Brennkraftmaschine weist wenigstens eine Nockenwelle umfassend eine Trägerwelle mit wenigstens zwei Schiebenockenelementen auf. Die wenigstens zwei Schiebenockenelemente umfassen jeweils eine Schaltkulisse, jeweils eine Primär- oder eine Sekundärschaltkulisse, wobei die Schiebenockenelemente durch wenigstens einen Aktuator-Pin axial zur Trägerwelle verschiebbar sind. Parallel zu einer Längsachse der Trägerwelle ist wenigstens ein Verstellelement angeordnet, wobei das Verstellelement in Richtung der Längsachse der Trägerwelle axial verschiebbar ist. Mit anderen Worten ist das Verstellelement entlang der Längsachse der Trägerwelle axial verschiebbar. Besonderes Kennzeichen dieses erfindungsgemäßen Schiebenockensystems ist, dass die wenigstens eine Sekundärschaltkulisse des Schiebenockensystems einen radial nach außen gerichteten Verschiebesteg aufweist, wobei der Verschiebesteg mit zwei seitlich angeordneten Verschiebeflanken ausgestaltet ist, wobei sich die Verschiebeflanken zumindest teilweise in Umfangsrichtung der Sekundärschaltkulisse erstrecken und mit dem Verstellelement in Wirkverbindung stehen. Die Kopplungs-Pins wirken jeweils mit einer Schaltkulisse des jeweils zugehörigen Schiebenockenelements zusammen derart, dass durch das Verstellelement eine durch den Aktuator-Pin eingeleitete Bewegung des ersten Schiebenockenelements auf das zweite Schiebenockenelement übertragbar ist. Folglich ermöglicht das Schiebenockensystem das Übertragen einer axialen Bewegung eines konventionell geschalteten Schiebenockenelements auf wenigstens ein weiteres Schiebenockenelement. Konventionell geschaltet bedeutet, dass die axiale Bewegung durch einen Aktuator, insbesondere durch einen Aktuator-Pin, eingeleitet wird.
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Durch ein solches Schiebenockensystem wird nicht nur die Möglichkeit einer axialen Bauraumersparnis durch kleinere Längenabmessungen der Schaltkulisse am Sekundärnocken durch den Wegfall der Schaltnut der Sekundärkulisse geschaffen, sondern vor allem sichergestellt, dass durch die zwei seitlich an dem Verschiebesteg angeordneten, , Verschiebeflanken im Vergleich zu einem vorbekannten Schiebenockensystem geringere tribologische Belastungen am Kopplungselement erzeugt werden. Dieses geht mit einer regelmäßig angestrebten längeren Lebensdauer des Schiebenockensystems einher, da die bei den Schaltprozessen beziehungsweise dabei auftretenden axialen Verschiebungen erzeugte tribologische Belastung auf besonders vorteilhafte Weise auf zwei Kopplungselemente anstatt - wie beim Stand der Technik - auf ein als Pin ausgestaltetes Kopplungselement verteilt wird. Damit kann die tribologische Belastung je Kopplungselement halbiert werden.
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Gemäß einer besonders bevorzugten kostengünstigen und einfach herzustellenden Ausgestaltung der Erfindung weist das Verstellelement wenigstens zwei Kopplungselemente je Sekundärschaltkulisse auf, wobei die zwei Kopplungselemente in Richtung der Längserstreckung des Verstellelementes so voneinander beabstandet sind, dass sie zur Durchführung der Schaltprozesse mit der dazugehörigen Sekundärschaltkulisse in Wirkverbindung stehen.
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In einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung umfasst das erfindungsgemäße Schiebenockensystem je Sekundärschiebenockenelement zwei Verschiebestege, die axial voneinander beabstandet sind und jeweils zwei seitlich angeordnete Verschiebeflanken aufweisen, wobei die zwei zueinander weisenden Seiten der Verschiebeflanken nicht an dem Schaltprozess beteiligt sind. Vorteilhaft bei einer solchen Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Schiebenockensystems ist, dass hierdurch ein sehr schlankes Design ermöglicht wird, das im Vergleich zur erfindungsgemäßen Ausgestaltung mit nur einem erfindungsgemäßen Verschiebesteg weniger Gewicht und Kosten mit sich bringt.
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In einer bevorzugten Weiterbildung des erfindungsgemäßen Schiebenockensystems weist das Verstellelement je Sekundärkulisse ein erstes Kopplungselement im Bereich der ersten Verschiebeflanke des Verschiebesteges auf und ein zweites Kopplungselement im Bereich der zweiten Verschiebeflanke des Verschiebestege auf, wobei die Kopplungselemente des Verstellelementes jeweils mit der Sekundärschaltkulisse des jeweils zugehörigen Schiebenockenelements derart zusammenwirken, dass durch das Verstellelement eine durch den Aktuator eingeleitete Bewegung des primären Schiebenockenelements auf ein weiteres Schiebenockenelement übertragbar ist.
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In einer besonders zuverlässig schaltenden und einfach herzustellenden Ausführungsform des erfindungsgemäßen Schiebenockensystems stellen die Kopplungselemente zusammen mit dem Verstellelement eine Aufnahme für den die Verschiebeflanken aufweisenden Verschiebesteg der Sekundärschaltkulissen bereit.
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Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist das Verstellelement wenigstens zwei Kopplungselemente je Sekundärschaltkulisse auf, wobei die Kopplungselemente als drehbar im Verstellelement gelagerte Kontaktelemente, insbesondere als Pins, ausgestaltet sind. Durch die drehbare Lagerung der Kontaktelemente können die bei Schaltprozessen auftretenden Kräfte besser abgeleitet werden, indem vermieden wird, dass die Kräfte nur an einer fest vorgegebenen Position angreifen. Hierdurch kann der Materialverschleiß der Kontaktelemente auf besonders vorteilhafte Art und Weise reduziert werden.
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In einer besonders einfach zu realisierenden und belastungsoptimierten Weiterbildung der Erfindung weist das Verstellelement wenigstens zwei Kopplungselemente auf, wobei wenigstens ein Kopplungselement als drehbar im Verstellelement gelagertes U-förmiges Teil ausgebildet ist. Dabei stellen die beiden Schenkel der U-Form zwei Kontaktstellen zum Verschiebesteg dar, wobei der die beiden Schenkel verbindende Bodenabschnitt durch eine drehbare Lagerung an das Verstellelement angeschlossen ist. Hierdurch folgen die - beispielsweise als Pins ausgestalteten - Kontaktelemente mit ihren Kontaktflächen optimal dem Verlauf der Verschiebeflanke, wodurch das Auftreten von Kraftspitzen vermieden werden kann. Besonders vorteilhaft hinsichtlich der Langlebigkeit und der Minimierung der Herstellungskosten ist es, wenn die U-Form, also die zwei Kontaktelemente, die insbesondere als Pins ausgestaltet sein können, und der diese beiden Pins verbindende Bodenabschnitt einstückig ausgebildet ist.
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In einer weiteren bevorzugten Weiterbildung des erfindungsgemäßen Schiebenockensystems bilden die aus der radial nach außen weisenden Mantelfläche des Verschiebesteges mit den Verschiebeflanken gebildeten beiden Kanten einen V-förmigen Abschnitt. Hierdurch wird auf besonders vorteilhafte Weise erreicht, dass die maximalen Kräfte zwischen Kopplungselement und Verschiebesteg minimiert werden, was zur Bereitstellung maximaler Schaltdrehzahlen beiträgt.
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Gemäß einer weiteren Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Schiebenockensystems umfasst die Trägerwelle wenigstens ein drittes, insbesondere wenigstens ein viertes, Schiebenockenelement. Dieses erlaubt den Einsatz des erfindungsgemäßen Schiebenockensystems in größeren Brennkraftmaschinen, insbesondere vier- oder mehrzylindrigen Brennkraftmaschinen.
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In einer Variante des erfindungsgemäßen Schiebenockensystems sind die Verschiebeflanken in andere Komponenten, die an einem Sekundärschiebenockenelement angeschlossen sind, integriert oder an anderer Stelle am Sekundärschiebenockenelement angebracht, insbesondere an den Stirnflächen der Sekundärschiebnockenelemente. Hierdurch wird die Flexibilität der Anordnung und die Bauraumersparnis weiter verbessert. Bei einem solchen Schiebenockensystem weist ein Sekundärschiebenockenelement zur Schaltung der Sekundärschiebenockelemente angeschlossene Komponenten auf, welche Komponenten integrierte Verschiebeflanken aufweisen, wobei die Verschiebeflanken mit dem Verstellelement in Wirkverbindung stehen.
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Neben dem erfindungsgemäßen Schiebenockensystem betrifft die vorliegende Erfindung ferner eine Brennkraftmaschine mit wenigstens einem solchen Schiebenockensystem, insbesondere mehreren erfindungsgemäßen Schiebenockensystemen.
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Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen, der nachfolgenden Beschreibung sowie den Figuren.
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Nachfolgend ist die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren beschrieben. Es zeigen:
- 1: Eine perspektivische Darstellung eines erfindungsgemäßen Schiebenockensystems,
- 2: eine Draufsicht auf das erfindungsgemäße Schiebenockensystem gemäß 1,
- 3: eine Detaildarstellung des erfindungsgemäßen Schiebenockensystems mit Blick auf die Wirkverbindung zwischen Verstellelement und Sekundärkulisse,
- 4: eine schematische Darstellung von zwei auf der Mantelfläche der Nockenwelle V-förmig zueinander angeordneten Verschiebestegen des erfindungsgemäßen Schiebenockensystems,
- 5: eine schematische Darstellung eines U-förmig ausgebildeten Kopplungselements, das drehbar im Verstellelement des erfindungsgemäßen Schiebenockensystems gelagert ist,
- 6: eine schematische Darstellung des U-förmig ausgebildeten Kopplungselements, wobei die Sekundärkulisse einen (links) oder zwei Verschiebestege (rechts) aufweist und
- 7: eine schematische Darstellung einer alternativen Variante des erfindungsgemäßen Schiebenockensystems.
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In den verschiedenen Figuren sind gleiche Teile stets mit den gleichen Bezugszeichen versehen und werden daher in der Regel auch jeweils nur einmal benannt beziehungsweise erwähnt.
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In der 1 ist in einer perspektivischen Ansicht eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Schiebenockensystems 1 dargestellt. Dieses weist wenigstens eine Nockenwelle 2 umfassend eine Trägerwelle 3 mit wenigstens zwei Schiebenockenelementen auf, welche jeweils eine Primär- 4 oder eine Sekundärschaltkulisse 5 aufweisen. Zur Lagerung weist die Nockenwelle 2 endseitig ein oder mehrere Lager 6 auf. Parallel zu einer Längsachse der Trägerwelle 3 ist wenigstens ein Verstellelement 7 angeordnet, wobei das Verstellelement 7 in Richtung der Längsachse der Trägerwelle 3 axial verschiebbar ist. Die Schaltkulisse des Schiebenockenelements, welche durch den aktiv angesteuerten Aktuator 11 geschaltet wird, wird als Primärschaltkulisse 4 bezeichnet. Die Schaltkulisse der Schiebenockenelemente, welche durch das Verstellelement 7 geschaltet werden, werden als Sekundärschaltkulisse 5 bezeichnet.
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Charakteristisch für das in 2 dargestellte erfindungsgemäße Schiebenockensystem ist, dass die wenigstens eine Sekundärschaltkulisse 5 des Schiebenockensystems 1 einen radial nach außen gerichteten Verschiebesteg 8 aufweist, wobei der Verschiebesteg 8 mit zwei seitlich angeordneten Verschiebeflanken 9 ausgestaltet ist. Dabei erstrecken sich die Verschiebeflanken 9 zumindest teilweise in Umfangsrichtung der Sekundärschaltkulisse 5 und stehen mit dem Verstellelement 7 in Wirkverbindung. Die als Kopplungs-Pins ausgestalteten Kopplungselemente 10 wirken der Gestalt jeweils mit einer Schaltkulisse des jeweils zugehörigen Schiebenockenelements zusammen, dass durch das Verstellelement eine durch den Aktuator 11 eingeleitete Bewegung des ersten Schiebenockenelements auf das zweite Schiebenockenelement übertragbar ist. Hierdurch ermöglicht das Schiebenockensystem 1 das Übertragen einer axialen Bewegung eines durch einen Aktuator 11 eingeleiteten geschalteten Schiebenockenelements auf wenigstens ein weiteres Schiebenockenelement.
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In 3 ist eine Detaildarstellung des erfindungsgemäßen Schiebenockensystems 1, zur Übersichtlichkeit ohne Trägerwelle, mit Blick auf die Wirkverbindung zwischen Verstellelement 7 und Sekundärkulisse 5 gegeben. Dabei ist die Ausgestaltung des Verschiebesteges 8 mit zwei seitlich angeordneten Verschiebeflanken 9 zu erkennen. Durch die beiden Kopplungselemente 10 je Sekundärkulisse 5 kann im Vergleich zu vorbekannten Schiebenockensystemen mit einem in eine Nut eingreifenden Pin die tribologische Belastung abgesenkt werden, da je axiale Verschieberichtung ein Kopplungselement 10 zur Aufnahme der Kräfte bereitgestellt wird. Zudem kann die Schaltkulisse am Sekundärnocken in axiale Richtung durch Entfall der zur Herstellung der Wirkverbindung mit Verstellelement 7 erforderlichen Nut eine axiale Reduzierung des Bauraums erreicht werden. Vorteilhaft bei den in 3 darstellten in axiale Richtung beabstandeten Kopplungselementen 10 ist, dass diese Anordnung besonders einfach und kostengünstig herzustellen ist, da das aufwendige Fräsen einer Nut in die Sekundärkulisse 5 vermieden werden kann.
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Des Weiteren ist in 4 eine Weiterbildung des erfindungsgemäßen Schiebenockensystems 1 abgebildet, die eine Ausführungsform mit einem weiteren Verschiebesteg 8, also insgesamt zwei Verschiebestegen 8, zeigt, welche Verschiebestege 8 axial voneinander beabstandet sind und jeweils zwei seitlich angeordnete Verschiebeflanken 9 aufweisen, wobei die zwei zueinander weisenden Seiten der Verschiebeflanken 9 nicht an dem Schaltprozess beteiligt sind. Vorteilhaft bei einer solchen Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Schiebenockensystems 1 ist, dass hierdurch die Lage der Verschiebeflanken 9 am Verstellelement 7 frei wählbar ist. Dieses eröffnet durch die geschickte Wahl der Lage der Verschiebeflanken 9 sowohl die Option, Bauraum einzusparen als auch die Möglichkeit, Bauraum zur Unterbringung weitere Funktionselemente zu schaffen.
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5 zeigt schematisch eine Darstellung eines U-förmig ausgebildeten Kopplungselements 10, das drehbar im Verstellelement 7 des erfindungsgemäßen Schiebenockensystems 1 gelagertes ist, und auf die Reduzierung des Materialverschleißes bei günstigen Herstellungskosten gerichtet ist. Da die beiden Pins beziehungsweise Kontaktelemente 12, die zusammen mit dem die Kontaktelemente 12 verbindenden Bodenabschnitt 13 eine U-förmige Aufnahme 14 bilden, im Bereich des von dem Bodenabschnitt 13 abragenden Steges ein Lagerelement 15 aufweisen, können beide Kontaktelemente 12 zur Verbesserung der Kräfteableitung bei der Wechselwirkung der Kontaktelemente 12 mit den Verschiebeflanken 9 des Verschiebesteges 8 durch ein Lagerelement 15 drehbar gelagert werden. Dieses trägt zur Verbesserung der Langlebigkeit des erfindungsgemäßen Schiebenockensystems 1 bei. Die Breite der gebildeten U-förmigen Aufnahme 14 ist dabei so gewählt, dass die Aufnahme 14 formschlüssig mit den Verschiebeflanken 9 in Richtung der Längserstreckung des Verschiebeelementes 7 zusammenwirkt.
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Zur Illustration der Wirkverbindung zwischen Verstellelement 7 und Sekundärkulisse 5 ist in 6 eine schematische Darstellung des U-förmig ausgebildeten Kopplungselements 10 dargestellt, wobei die Sekundärkulisse 5 einen (links) oder zwei Verschiebestege 8 (rechts) aufweist. Durch die Ausgestaltung mit zwei Verschiebestegen wird vorteilhafterweise erreicht, dass durch die geschickte und variable Wahl der Lage der Verschiebeflanken 9 sowohl Bauraum eingespart als auch die Möglichkeit geschaffen wird, Bauraum zur Unterbringung weitere Funktionselemente zu schaffen.
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7 zeigt schematisch eine Darstellung einer alternativen Variante der Erfindung, bei der das Schiebenockensystem zur Schaltung der Sekundärschiebenockenelemente 17 an die Sekundärschiebenockenelemente 17 angeschlossene weitere Komponenten (16) aufweist, welche Komponenten integrierte Verschiebeflanken aufweisen, wobei die Verschiebeflanken (9) mit dem Verstellelement (7) in Wirkverbindung stehen.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Schiebenockensystem
- 2
- Nockenwelle
- 3
- Trägerwelle
- 4
- Primärschaltkulisse
- 5
- Sekundärschaltkulisse
- 6
- Lager
- 7
- Verstellelement
- 8
- Verschiebesteg
- 9
- Verschiebeflanke
- 10
- Kopplungselement
- 11
- Aktuator
- 12
- Pin
- 13
- Bodenabschnitt
- 14
- U-förmige Aufnahme
- 15
- Lagerelement
- 16
- weitere Komponenten
- 17
- Sekundärschiebenockenelement
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102011054218 A1 [0002]
- DE 102019107626 [0004]
