DE102022116589A1

DE102022116589A1 - Anordnung zum Koppeln von beweglich zueinander angeordneten Bauteilen für eine schaltbare Ventiltriebkomponente einer Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE102022116589A1
Application number: DE102022116589.2A
Authority: DE
Inventors: Wolfgang Christgen; Volker Schmidt
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2022-07-04
Filing date: 2022-07-04
Publication date: 2024-01-04

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zum Koppeln von beweglich zueinander angeordneten Bauteilen (1, 2) für eine schaltbare Ventiltriebkomponente (3) einer Brennkraftmaschine, mit Koppelflächen (4, 5, 15, 16) zum Koppeln eines mit einem freien Ende (8) an einem ersten Bauteil (1) angeordneten Koppelelements (7) mit einem zweiten Bauteil (2), dadurch gekennzeichnet, dass zum Ausgleich der elastischen Deformation der Bauteile (1, 2) bei einer auf diese wirkenden maximalen Betriebskraft (F_max) die Koppelflächen (4, 5, 15, 16) derart ausgerichtet sind, dass sie in gekoppeltem und undeformiertem Zustand in partiellem Kontakt (S) und zum freien Ende (8) des Koppelelements (7) hin mit größer werdendem Abstand zueinander angeordnet sind. Die Erfindung betrifft weiterhin eine schaltbare Ventiltriebkomponente (3) mit einer solchen Anordnung.

Description

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zum Koppeln von beweglich zueinander angeordneten Bauteilen für eine schaltbare Ventiltriebkomponente einer Brennkraftmaschine gemäß der im Oberbegriff des Anspruchs 1 näher definierten Art. Die Erfindung betrifft weiterhin eine schaltbare Ventiltriebkomponente für eine Brennkraftmaschine mit einer solchen Anordnung.
Aus DE 10 2016 210 050 A1 ist ein schaltbares Ventiltriebglied mit zwei zueinander relativ beweglichen Teilen bekannt, die durch zumindest einen verlagerbaren Koppelkolben miteinander verbindbar sind. Sind die Teile miteinander gekoppelt ist ein großer Nockenhub aktiviert. Durch Rückverlagerung des Koppelkolbens sind die Teile voneinander entkoppelbar, wodurch ein kleiner oder ein Null-Nockenhub aktivierbar ist.
Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, eine Anordnung der vorgenannten Art und eine schaltbare Ventiltriebkomponente mit einer solchen Anordnung vorzuschlagen, welche auf konstruktiv einfache und kostengünstige Weise eine Reduzierung des Verschleißes im Betrieb und eine Erhöhung der Betriebssicherheit ermöglichen.
Die Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 und alternativ durch die Merkmale des Anspruchs 10 gelöst. Weitere vorteilhafte und beanspruchte Ausgestaltungen ergeben sich aus den jeweiligen Unteransprüchen, der Beschreibung und den Zeichnungen.
Demnach wird eine Anordnung zum Koppeln von beweglich zueinander angeordneten Bauteilen einer schaltbaren Ventiltriebkomponente für eine Brennkraftmaschine vorgeschlagen, wobei Koppelflächen zum Koppeln eines mit einem freien Ende an einem ersten Bauteil angeordneten Koppelelements mit einem zweiten Bauteil vorgesehen sind. Um auf konstruktiv einfache und kostengünstige Weise eine Reduzierung des Verschleißes im Betrieb und eine Erhöhung der Betriebssicherheit zu realisieren, sind zum Ausgleich der elastischen Deformation der Bauteile bei einer auf diese wirkenden maximalen Betriebskraft die Koppelflächen derart ausgerichtet, dass sie in gekoppeltem und undeformiertem Zustand in partiellem Kontakt und zum freien Ende des Koppelelements hin mit in größer werdendem Abstand zueinander angeordnet sind.
Demzufolge wird durch die in gekoppeltem und undeformiertem Zustand der Bauteile beabstandete Anordnung der Koppelflächen die Deformation der Bauteile im Zustand maximaler Betriebslast vorweggenommen und ausgeglichen, wodurch die Koppelflächen aus dem anfänglichen partiellen Kontakt mit zunehmender Betriebslast sich immer mehr aneinander anschmiegen bis zum vollständigen Flächenkontakt bei maximaler Betriebslast. Auf diese Weise können die Koppelflächen betriebslastoptimiert angepasst und die Flächenpressungen im Zustand maximaler Betriebslast ohne aufwendige Änderungen der Ventiltriebkomponente oder des Ventiltriebs signifikant reduziert und lokal stark erhöhte Flächenpressungen sicher vermieden werden. Zudem werden Fehlschaltungen der Ventiltriebkomponente, die in einem nur teilüberdeckenden Zustand der Koppelflächen auftreten können, sicher vermieden.
In einer besonders bevorzugten konstruktiv einfachen Ausgestaltung der Erfindung sind die Koppelflächen in gekoppeltem und undeformiertem Zustand der Bauteile in einem zum freien Ende des Koppelelements hin geöffneten Winkel zueinander angestellt. Auf einfache Weise bilden dabei die Kontaktflächen die Schenkel des Anstellwinkels und am partiellen Kontakt den Scheitel des Anstellwinkels. Die Kontaktflächen sind hierbei besonders einfach und kostengünstig als plane Flächen herstellbar.
Die Anordnung ist besonders vorteilhaft zum Koppeln von als Hebel ausgeführten und um eine gemeinsame Schwenkachse relativ zueinander verschwenkbar angeordneten Bauteilen eines schaltbaren hebelartigen Nockenfolgers verwendbar. Die dort durch die wirkenden Hebelkräfte auftretenden großen Deformationen der Bauteile können auf einfache Weise ausgeglichen werden. Hierbei ist es von Vorteil, wenn der zwischen den angestellten Koppelflächen gebildete Winkel in der gemeinsamen Schwenkebene der Hebel liegt, wodurch eine besonders bauraumsparende Anordnung erreichbar ist.
In einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass zumindest eine Koppelfläche zumindest teilweise leicht ballig ausgeführt ist. Dadurch lässt sich auf einfache Weise ein Ausgleich der Deformation der Bauteile hinsichtlich Variation des Deformationsgrads und/oder Änderung der Kraftangriffsrichtung der Betriebskraft während des Betriebsverlaufs erreichen. Hierbei kann die Balligkeit an nur einer der Koppelflächen oder an beiden Koppelflächen ausgeführt sein. Es ist weiterhin möglich, an zumindest einem hebelartig ausgeführten Bauteil die Balligkeit in Hebellängs- oder in Hebelquerrichtung oder sowohl in Hebellängs- als auch in Hebelquerrichtung des jeweiligen Bauteils auszubilden. Denkbar ist auch, zumindest eine Koppelfläche nur an einem Abschnitt, insbesondere einem Endabschnitt, ballig und im Übrigen plan auszuführen
Auf diese Weise können auch zwischen dem undeformierten Zustand und dem bei maximaler Betriebslast liegende Zwischen- bzw. Teillastzustände des Betriebsverlaufs zur Betriebslastoptimierung der Koppelflächen herangezogen werden. Dadurch wird eine Optimierung und Reduzierung der Belastung der Koppelflächen über den gesamten Betriebsverlauf ermöglicht. Zur rechnerischen Optimierung kann beispielsweise ein Iterationsverfahren verwendet werden.
In einer weiteren besonders bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist zum Koppeln des Koppelelements mit dem zweiten Bauteil eine erste Koppelfläche am Koppelelement und eine zweite Koppelfläche am zweiten Bauteil vorgesehen.
Bevorzugt ist dabei das zweite Bauteil als um eine Schwenkachse verschwenkbar angeordneter Hebel ausgeführt und mit der zweiten Koppelfläche zum Koppeln in Schwenkkontakt mit der ersten Koppelfläche angeordnet.
Vorzugsweise erstreckt sich hierbei die zweite Koppelfläche als Schräge in einem Winkel zur Hebellängsachse, wobei der Winkel zur Schwenkachse hin geöffnet ist. Diese Ausgestaltung ist besonders vorteilhaft, wenn die Betriebskraft direkt am zweiten Bauteil angreift und an letzterem die größte Deformation erzeugt.
Im Rahmen einer nächsten Weiterbildung der Erfindung sind die Bauteile als zueinander verschwenkbare Hebel ausgeführt, wobei das zweite Bauteil am schwenkbeweglich abstützbaren ersten Bauteil verschwenkbar zu diesem abgestützt ist. Auf diese Weise können die bei der Ventilhubübertragung auf die Bauteile wirkenden Kräfte reduziert werden.
In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist am zweiten Bauteil die von einer Nockenwelle übertragbare Betriebskraft zur Ventilbetätigung direkt abgreifbar. Zum Abgriff kann ein Abgriffselement vorgesehen sein, insbesondere eine Nockenrolle. Vorzugsweise ist dabei die zweite Koppelfläche am hebelartig ausgeführten zweiten Bauteil, insbesondere in Hebelängs- und/oder in Hebelquerrichtung, zumindest teilweise leicht ballig ausgeführt. Diese Ausgestaltung ermöglicht einen Ausgleich der Deformation direkt an dem Bauteil, an dem die Betriebskraft direkt angreift und die größte Deformation erzeugt.
Bevorzugt ist die erste Koppelfläche am Koppelelement plan ausgeführt. Diese ist vorzugsweise als Abflachung am Außendurchmesser des als zylindrischer Bolzen ausgeführten Koppelelements ausgebildet und einfach und kostengünstig herstellbar. Bevorzugt ist dabei die erste Koppelfläche senkrecht zur Hebellängsachse des ersten Bauteils ausgerichtet.
Das Koppelelement ist zum Schalten und Koppeln vorzugsweise beweglich, bevorzugt verschiebbar am ersten Bauteil, vorzugsweise in einer Bohrung zur Führung, angeordnet.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die erste Koppelfläche als Schräge ausgehend vom freien Ende des Koppelelements in Richtung der Längs- bzw. Verschiebeachse desselben leicht abfallend verläuft. Auf diese Weise können sogenannte Kantenträger sicher vermieden werden.
Alternativ oder ergänzend ist es auch möglich, die erste Koppelfläche entsprechend der zweiten Koppelfläche in der vorangehend beschriebenen Weise betriebslastoptimiert auszubilden.
Ergänzend oder alternativ ist es weiterhin möglich, zur Vermeidung von Kantenträgern an den Koppelflächen zumindest eine Koppelfläche mit einem zu zumindest einer ihrer Kanten oder Rändern hin leicht ballig abfallenden Profil ausgebildet ist.
Die vorangehend beschriebenen Anordnung ist als Koppelmechanismus für schaltbare Ventiltriebkomponenten verwendbar. Sie ist neben dem Einsatz in hebelartigen schaltbaren Nockenfolgern oder schaltbaren Nockenfolgergruppen, wie beispielsweise in schaltbaren Schlepphebeln und schaltbaren Kipphebeln, auch besonders vorteilhaft in anderen schaltbaren Ventiltriebkomponenten, insbesondere in schaltbaren Rollen- und Tassenstößeln sowie in schaltbaren Abstützeinrichtungen, insbesondere für Schlepphebel, verwendbar.
Die erfindungsgemäße Aufgabe wird auch durch eine schaltbare Ventiltriebkomponente für eine Brennkraftmaschine mit einer vorangehend beschriebenen Anordnung gelöst. Dabei ergeben sich die bereits oben beschriebenen und weitere Vorteile.
Schaltbare Ventiltriebkomponenten zur Ventilhubumschaltung und zur Zylinderabschaltung ermöglichen verschiedene Ventilerhebungskurven und optimieren den Drehmomentverlauf sowie die maximale Leistungsabgabe des Motors. Je nach Motorkonzept können so Kraftstoffverbrauch und Abgasemissionen reduziert sowie Leistung und Drehmoment gesteigert und motorlastabhängig der thermodynamische Wirkungsgrad des Motors optimiert werden.
Weitere beanspruchte Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung und aus den Zeichnungen, in denen mehrere Ausführungsbeispiele der Erfindung vereinfacht dargestellt sind. Es zeigen:

1 eine geschnittene Ansicht einer erfindungsgemäßen Anordnung zum Koppeln von beweglich zueinander angeordneten Bauteilen für eine schaltbare Ventiltriebkomponente einer Brennkraftmaschine in einem ersten Betriebszustand in einem ersten Ausführungsbeispiel,
2 ein vergrößerter Ausschnitt aus 1,
3 die Anordnung aus 1 in einem zweiten Betriebszustand,
4 eine geschnittene Ansicht einer erfindungsgemäßen Anordnung zum Koppeln von beweglich zueinander angeordneten Bauteilen für eine schaltbare Ventiltriebkomponente einer Brennkraftmaschine im ersten Betriebszustand in einem zweiten Ausführungsbeispiel,
5 eine geschnittene Ansicht einer erfindungsgemäßen Anordnung zum Koppeln von beweglich zueinander angeordneten Bauteilen für eine schaltbare Ventiltriebkomponente einer Brennkraftmaschine im ersten Betriebszustand in einem dritten Ausführungsbeispiel,
6 ein vergrößerter Ausschnitt aus 5.

In den 1 bis 6 sind verschiedene Ausführungen einer erfindungsgemäßen Anordnung zum Koppeln von beweglich zueinander angeordneten Bauteilen 1, 2 für eine schaltbare Ventiltriebkomponente 3 einer Brennkraftmaschine dargestellt. Anhand dieser Darstellungen wird auch die erfindungsgemäße Ventiltriebkomponente 3 verdeutlicht.
Die erfindungsgemäße Anordnung weist beispielhaft zwei korrespondierende Koppelflächen 4, 5 zum Koppeln von zwei zueinander verschwenkbaren als Hebel ausgeführten Bauteilen 1, 2 einer als schaltbarer Nockenfolger ausgebildeten Ventiltriebkomponente 3 auf. Die Bauteile 1, 2 sind um eine angedeutete gemeinsame Schwenkachse 6 in der Bildebene verschwenkbar zueinander angeordnet und zum Schalten der Ventiltriebkomponente 3 koppelbar (1, 3 und 5). Letztere dient als Nockenfolger, vorzugsweise als schaltbarer Schlepphebel wie dargestellt, zur Übertragung einer von einer nicht dargestellten Nockenwelle eines Ventiltriebs abgegriffenen Ventilhubbewegung zur Betätigung zumindest eines nicht dargestellten Gaswechselventils der Brennkraftmaschine.
Zum Koppeln der Bauteile 1, 2 ist ein Koppelelement 7 vorgesehen, das mit einem freien koppelseitigen Ende 8 zum Koppeln verschiebbar in einer Bohrung 9 an einem ersten Bauteil 1 angeordnet ist. Eine erste Koppelfläche 4 ist am Koppelelement 7 vorgesehen, die ausgehend vom freien Ende 8 des Koppelelements 7 als Abflachung am Außendurchmesser desselben abgesetzt und zum Koppeln mit einer zweiten Koppelfläche 5 an einem zweiten Bauteil 2 angeordnet ist. Als Koppelelement 7 ist vorzugsweise ein zylindrischer Bolzen vorgesehen. 1 bis 6 zeigen den gekoppelten Zustand der Bauteile 1, 2.
Im Betrieb greift die Ventiltriebkomponente 1 am zweiten Bauteil 2 mit einem Abgriffselement 10, vorzugsweise mit einer Nockenrolle wie dargestellt, eine Nockenhubbewegung zur Ventilbetätigung von der Nockenwelle direkt ab. Dabei wirkt eine Nockenkontaktkraft als Betriebskraft F direkt auf das zweite Bauteil 2 und überträgt eine Ventilhubbewegung als Schwenkbewegung. Die Rückstellung der Schwenkbewegung in den dargestellten unverschwenkten Grundzustand der Bauteile 1, 2 erfolgt über nicht dargestellte Rückstellfedermittel.
In 3 wirkt im Zustand maximaler Betriebslast während der Nockenhubphase die maximale Betriebskraft F_max in Schwenkrichtung beispielhaft auf das mit dem Abgriffselement 10 in Nockenkontakt stehende zweite Bauteil 2 ein. 1 und 2 zeigen dagegen den unbelasteten Grundzustand der Anordnung in der Nockengrundkreisphase, in der keine Betriebskraft F wirkt. Demnach ist in 1 und 2 der gekoppelte undeformierte Zustand der Bauteile 1, 2 dargestellt.
Außerhalb der Nockengrundkreisphase steigt die auf das zweite Bauteil 3 wirkende Betriebskraft F in der Nockenhubphase bis zur maximalen Betriebskraft F_max an. Entsprechend werden die Bauteile 1, 2 zunehmend elastisch deformiert. 3 zeigt den gekoppelten und deformierten Zustand der Bauteile 1, 2 bei maximaler Betriebslast, bei der die maximale Betriebslast F_max auf das zweite Bauteil 2 wirkt. Die Deformation ist im Zustand maximaler Betriebslast in Wirkrichtung der maximaler Betriebskraft F_max als Durchbiegung am zweiten Bauteil 2 angedeutet.
Zum Ausgleich der elastischen Deformation der Bauteile 1, 2 bei der auf diese wirkenden maximalen Betriebskraft F_max, wie in 3 dargestellt, sind die Koppelflächen 1, 2 derart ausgerichtet, dass sie in gekoppeltem und undeformiertem Zustand, wie in 1 und 2 gezeigt, in partiellem Kontakt S und zum freien Ende 8 des Koppelelements 7 hin mit größer werdendem Abstand in Wirkrichtung der Betriebskraft F_max zueinander beabstandet angeordnet sind. Die Ausrichtung der Koppelflächen 4, 5 ist durch die Richtung der Flächennormalen und bei einer balligen Fläche durch die Richtung der Flächennormalen der Tangentialebene im jeweiligen Punkt bestimmt.
Durch die Beabstandung der Koppelflächen 1, 2 kann in undeformiertem Zustand der Bauteile 1, 2 die im Betriebszustand bei maximaler Betriebskraft F_max auftretende Deformation des zweiten Bauteils 3 vorweggenommen und ausgeglichen werden, so dass im Zustand maximaler Betriebslast ein Flächenkontakt zwischen den Kontaktflächen 4, 5 erreichbar ist. Dabei wird die zum freien Ende 8 des Koppelements 7 somit zur Kraftangriffsstelle der Betriebskraft F_max hin entsprechend zunehmende Deformation am zweiten Bauteil 2, wie in 3 dargestellt, durch die zunehmende Beabstandung der Koppelflächen 1, 2 im undeformierten Zustand der Bauteile 1, 2 ausgeglichen.
Durch die Beabstandung der Koppelflächen 1, 2 in gekoppeltem und undeformiertem Zustand der Bauteile 1, 2 entsteht zwischen den Koppelflächen 4, 5 ein Freiraum 21, in dem die Deformation der Koppelflächen 4, 5 im Zustand bei maximalen Betriebskraft F_max ausgeglichen werden kann.
In dem in 1 bis 3 dargestellten ersten Ausführungsbeispiel, sind die Koppelflächen 4, 5 vorzugsweise plan ausgeführt und zum Ausgleich der Deformation im Betriebszustand bei maximaler Betriebskraft F_max in einem zum freien Ende 8 des Koppelelements 7 hin geöffneten Winkel α zueinander angestellt. Auf diese Weise bilden die Kontaktflächen 4, 5 die Schenkel des Winkels α als Anstellwinkel der Kontaktflächen 4, 5 und am partiellen Kontakt S der Kontaktflächen 1, 2 den Scheitel des Anstellwinkels. Am partiellen Kontakt S besteht Linienkontakt zwischen den Koppelflächen 4, 5. Ausgehend vom partiellen Kontakt S der Koppelflächen 4, 5 vergrößert sich der Abstand derselben zum freien Ende 8 des Koppelelements 7 hin kontinuierlich.
Durch Anstellung der Koppelflächen 4, 5 mit dem ist zum koppelseitigen freien Ende 8 des Koppelelements 7 hin geöffneten Winkel α kann auf besonders einfache Weise an den Koppelflächen 4, 5 die Deformation im Betriebszustand maximaler Last kompensiert werden. Hierbei entspricht die Anstellung der Koppelflächen 4, 5 durch den Winkel α in undeformiertem Zustand der Deformation des zweiten Bauteils 3 im Betriebszustand bei maximaler Betriebskraft F_max.
Ausgehend vom gekoppeltem undeformiertem Zustand der Bauteile 1, 2 mit im Winkel α angestellten Koppelflächen 4, 5 gemäß der Darstellung in 1 und 2 wird während der Ventilhubübertragung in der Nockenhubphase mit ansteigender Betriebskraft F und entsprechend größer werdender Deformation ein Anschmiegen der zweiten Koppelfläche 5 an die erste Koppelfläche 4 und im Betriebszustand maximaler Betriebskraft F_max ein vollständiger Flächenkontakt zwischen den Koppelflächen 4, 5 erreicht (3). Auf diese Weise ist eine betriebslastoptimierte Auslegung der Anordnung mit deutlich reduzierter Flächenpressung im Zustand der maximalen Betriebslast möglich.
Der Winkel α kann in Abhängigkeit der Betriebs- und Einsatzbedingungen vorzugsweise abhängig von der maximalen Last F_max und der maximalen Deformation insbesondere abhängig von der Bauteilsteifigkeit und der Bauteilkinematik vorbestimmt werden.
Die zweite Koppelfläche 5 ist ausgehend von einem verschwenkbaren koppelseitigen freien Hebelende des zweiten Bauteils 2 an der ventilzugewandten Hebelunterseite zum Koppeln in Schwenkkontakt mit der ersten Kontaktfläche 4 am Koppelelement 7 angeordnet.
Die erste Koppelfläche 4 erstreckt sich ausgehend von einem freien koppelseitigen Ende 7 des Koppelelements 6 am Außendurchmesser desselben und ist senkrecht zur Längs- bzw. Verschiebeachse 11 desselben ausgerichtet. Letztere verläuft in Richtung der Hebellängsachse 12 des ersten Bauteils 2. An ihrem vom koppelseitigen Ende 7 des Koppelelements 6 abgewandten axialen Ende ist die erste Koppelfläche 4 durch einen an der Abflachung gebildeten Absatz begrenzt, der eine Stufe mit dieser bildet.
Die ebenfalls plan an der Hebelunterseite ausgeführte zweite Koppelfläche 5 erstreckt sich als Schräge im Winkel α zur Hebellängsachse 13 des zweiten Bauteils 3 letzteren dabei im Bereich der zweiten Koppelfläche 5 leicht verjüngend. Dadurch sind im Zustand undeformierten Schwenkkontakts, wie in 1 und 2 gezeigt, die planen Koppelflächen 4, 5 im Winkel α zueinander angestellt. Dabei liegt im unverschwenkten gekoppelten Grundzustand der Bauteile 1, 2 mit achsenparalleler Anordnung der Hebellängsachsen 12, 13 die zweite Koppelfläche 5 im Winkel α zur Hebellängsachse 13 des ersten Bauteils 3 und der Längs- bzw. Verschiebeachse des Koppelements 7. Der Winkel α ist dabei zu dem vom koppelseitigen Hebelende abgewandten abstützseitigen Hebelende 14 des zweiten Bauteils 5 somit zur Schwenkachse 6 desselben hin geöffnet. Der Winkel α liegt in der gemeinsamen Schwenkebene der verschwenkbar zum Koppeln in Schwenkkontakt angeordneten Bauteilen 1, 2, wodurch die Anordnung besonders bauraumsparend ausführbar ist.
Im Verlauf der Ventilhubübertragung variiert die Größe und besonders aufgrund der Deformation und der Bauteiltoleranzen sowie dem Bauteilspiel ändert sich auch die Kraftangriffsrichtung der Betriebskraft F. Entsprechend ändert sich die Deformation der Bauteile 1, 2 in Abhängigkeit insbesondere von der Ventilhubcharakteristik, der Hebelkinematik und der Drehzahl der Brennkraftmaschine sowie von im Betrieb auftretenden Feder- und Massenkräften. Zur Berücksichtigung der variierenden Betriebslast und der sich ändernden Deformation kann die erfindungsgemäße Anordnung entsprechend einem in 4 dargestellten zweiten Ausführungsbeispiel erweitert werden.
Demnach ist die zweite Koppelfläche 15 modifiziert und am zweiten Bauteil 2 in Richtung der Hebellängsachse 13 leicht ballig ausgeführt. Zur Verdeutlichung der Balligkeit ist zum Vergleich der plane Verlauf der zweiten Koppelfläche 5 aus dem ersten Ausführungsbeispiel nach 1 bis 3 durch eine gestrichelte Linie mit dem Winkel α angedeutet.
Durch modifizierte Ausgestaltung kann die Optimierung des Kontakts und der Schmiegungsverhältnisse an den Koppelflächen 4, 15 auf die Kompensation der Deformation unter Berücksichtigung von zwischen dem Grundzustand und dem Zustand maximaler Betriebslast liegenden Zwischen- bzw. Teillastzustände der Ventilhubübertragung erweitert werden. Durch Variieren der Optimierung im Zustand maximaler Betriebslast und in bevorzugten diskreten Zwischenzuständen kann die Belastung der Koppelflächen 4, 15 über den gesamten Durchgang während der Ventilhubübertragung optimiert werden. Zur rechnerischen Optimierung kann beispielsweise ein Iterationsverfahren verwendet werden.
Es ist auch möglich, die Balligkeit angepasst an die Einsatz- und Betriebsbedingungen mit einem Radius konstanter Krümmung oder mit veränderlicher Krümmung auszuführen.
Alternativ oder ergänzend kann auch eine Balligkeit an der ersten Koppelfläche 4 vorgesehen sein.
Weiterhin ist es alternativ oder ergänzend möglich, entsprechend der Betriebsverhältnisse eine leichten Balligkeit in Hebelquerrichtung an einer oder beiden Koppelflächen 4, 15 anzubringen.
Die beschriebene Balligkeit kann auch nur abschnittsweise auf einen Bereich der jeweiligen Koppelfläche 4, 15, wie beispielsweise einem Endabschnitt, beschränkt sein, während die jeweilige Koppelfläche 4, 15 im Übrigen plan ausgeführt ist.
In einem in 5 und 6 dargestellten dritten Ausführungsbeispiel ist in Abwandlung des ersten Ausführungsbeispiels gemäß 1 bis 3 eine mit einem Hinterschnitt modifizierte erste Koppelfläche 16 am Koppelelement 7 vorgesehen. Die plane erste Koppelfläche 16 ist, insbesondere zur Vermeidung von Kantenträgern, an der der zweiten Koppelfläche 5 zugewandten Oberseite des Koppelelements 7 ausgehend vom freien Ende 8 desselben als Schräge ausgebildet und erstreckt sich leicht abfallend, dabei das Koppelelement 7 leicht verjüngend, in einem Winkel β zur Längs- bzw. Verschiebeachse 11.
Weiterhin ist es zur Vermeidung von Kantenträgern an den Koppelflächen 4, 5, 15, 16 möglich, zumindest eine der Koppelfläche 4, 5, 15, 16 mit einem zu zumindest einer ihrer Kanten bzw. Rändern hin leicht ballig abfallenden Profil auszubilden.
Nach 1, 3 und 5 ist das erste Bauteil 1 als primärer Hebel der Ventiltriebkomponente 3 mit einem abstützseitigen Hebelendbereich 17 mit einer kalottenförmigen Abstützfläche 18 an der Hebelunterseite schwenkbeweglich an der Brennkraftmaschine, vorzugsweise am nicht dargestellten Zylinderkopf derselben, abstützbar. Zur Abstützung ist vorzugsweise ein Abstützelement mit einem durch eine gestrichelte Linie angedeuteten Abstützkopf vorgesehen. Mit einem ventilseitigen Hebelendbereich 19 ist das erste Bauteil 1 verschwenkbar und bildet an der ventilzugewandten Hebelunterseite des ventilseitigen Hebelendbereichs 19 einen Ventilkontaktabschnitt 20 zur Ventilbetätigung.
Das zweite Bauteil 2 ist als sekundärer Hebel der Ventiltriebkomponente 3 mit dem abstützseitigen Hebelende 14 am ventilseitigen Hebelendbereich 19 des ersten Bauteils 1 an der angedeuteten Schwenkachse 6 über eine Verbindungsachse, insbesondere über einen Bolzen oder Stift, schwenkbeweglich abgestützt und auf diese Weise im ersten Bauteil 1 gelagert. Es ist mit der an der Hebelunterseite an seinem freien koppelseitigen Hebelende ausgebildeten zweiten Koppelfläche 5, 15 verschwenkbar zum Koppeln mit der ersten Koppelfläche 4, 16 an der Oberseite des Koppelelements 7 am ersten Bauteil 1 angeordnet. Die Betriebskraft F greif über das in einem zwischen den Hebelenden gelegenen mittleren Hebelbereich angeordnete Abgriffselement 10 an der Hebeloberseite des zweiten Bauteils 2 in Schwenkrichtung direkt an.
Das zweite Bauteil 2 ist als Innenhebel an seinen Stirnseiten und Flanken von Seitenwandabschnitten des ersten Bauteils 1 als Außenhebel im in 1 bis 6 dargestellten zueinander unverschwenkten gekoppelten Grundzustand umfasst und mit diesem verschwenkbar. In entkoppeltem Zustand kann das zweite Bauteil 2 mit seinem koppelseitigen Hebelende zwischen dem ersten Bauteil 1 in der Bildebene zur Hebelunterseite durchschwingen. Erstes und zweites Bauteil 1, 2 sind auf diese Weise in einer Schwenkebene relativ zueinander verschwenkbar bauraumsparend angeordnet.
Das Koppelelement 7 ist in einer Bohrung 8 am ersten Bauteil 1 verschiebbar angeordnet. Die Bohrung 8 ist als Durchgangsbohrung in einem gehäuseartigen Abschnitt am abstützseitigen Hebelendbereich 17 ausgeführt. Sie verläuft ausgehend von der Stirnseite des abstützseitigen Hebelendes 14 in Richtung der Hebellängsachse 12 nach innen. Am inneren Ende der Bohrung 9 ragt das Koppelelement 7 mit seinem koppelseitigen Ende 8 heraus, an dem die erste Koppelfläche 4, 16 ausgebildet und zum Koppeln mit der zweiten Koppelfläche 5, 15 am verschwenkbaren koppelseitigen Hebelende des zweiten Bauteils 2 angeordnet ist. Im Bereich der ersten Koppelfläche 4, 16 ist das Koppelelement 7 am Außendurchmesser vollumfänglich nach radial innen abgesetzt, wodurch die Masse des Koppelements 7 verringert und die Dynamik im Betrieb verbessert werden kann.
Zum Schalten der Ventiltriebkomponente 3 ist das Koppelelement 7 in der Bohrung 9 vorzugsweise durch einen elektromechanischen Aktor oder durch eine andere insbesondere hydraulische Aktorik verschiebbar.
Das erste Bauteil 1 befindet sich als primärer Hebel mit seinem Ventilkontaktabschnitt 20 am ventilseitigen Hebelendbereich 19 ständig in Ventilkontakt, während das in ständigem Nockenkontakt stehende zweite Bauteil 2 als Sekundärhebel bei Bedarf zugeschaltet werden kann.
Zum Schalten der Ventiltriebkomponente 3 sind erstes Bauteil 1 und zweites Bauteil 2 durch Verschieben des Koppelelements 7 koppel- und entkoppelbar. In entkoppeltem Zustand führt das zweite Bauteil 2 im Allgemeinen eine Leerhubbewegung aus, bei der kein Ventilhub übertragen wird. Das zweite Bauteil 2 ist so zu- oder abschaltbar, wodurch eine Ventilabschaltung zur Zylinderabschaltung der Brennkraftmaschine oder eine Ventilhubumschaltung möglich ist.
In Abhängigkeit vom Betriebsmodus der Brennungskraftmaschine ergeben sich verschiedene Anforderungen insbesondere an das zweite Bauteil 2. In dem oben genannten Leerhub-Modus ist beispielsweise eine kleine Masse gefordert, um Massenkräfte im Betrieb zu reduzieren und insbesondere die maximal mögliche Drehzahl der Brennkraftmaschine in diesem Modus zu erhöhen. Andererseits ist im zugeschalteten Modus des zweiten Bauteils 2 beispielsweise ein großer Ventilhub und sind somit hohe Kräfte über das zweite Bauteil 2 auf ein zugeordnetes Gaswechselventil der Brennkraftmaschine übertragbar.
Die erfindungsgemäße Anordnung ermöglicht eine Reduzierung der Flächenpressungen an den Koppelflächen 4, 5, 15, 16 der Bauteile 1, 2 bei maximaler Betriebslast und so eine Reduzierung des Verschleißes an den Koppelflächen 4, 5, 15, 16. Zugleich ist insbesondere am zweiten Bauteil 2 eine hohe Festigkeit bei möglichst geringer Masse erreichbar, wodurch die Dynamik im Betrieb weiter verbessert ist.
Bezugszeichenliste

1: erstes Bauteil, primärer Hebel
2: zweites Bauteil, sekundärer Hebel
3: Ventiltriebkomponente
4: erste Koppelfläche
5: zweite Koppelfläche
6: Schwenkachse
7: Koppelelement
8: koppelseitiges Ende
9: Bohrung
10: Abgriffselement
11: Längsachse, Verschiebeachse
12: Hebellängsachse
13: Hebellängsachse
14: Hebelende
15: zweite Koppelfläche
16: erste Koppelfläche
17: abstützseitiger Hebelendbereich
18: Abstützfläche
19: ventilseitiger Hebelendbereich
20: Ventilkontaktabschnitt
21: Freiraum
F: Betriebskraft
Fmax: maximale Betriebskraft
α: Winkel
β: Winkel
S: partieller Kontakt

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 102016210050 A1 [0002]

Claims

Anordnung zum Koppeln von beweglich zueinander angeordneten Bauteilen (1, 2) für eine schaltbare Ventiltriebkomponente (3) einer Brennkraftmaschine, mit Koppelflächen (4, 5, 15, 16) zum Koppeln eines mit einem freien Ende (8) an einem ersten Bauteil (1) angeordneten Koppelelements (7) mit einem zweiten Bauteil (2), dadurch gekennzeichnet, dass zum Ausgleich der elastischen Deformation der Bauteile (1, 2) bei einer auf diese wirkenden maximalen Betriebskraft (F_max) die Koppelflächen (4, 5, 15, 16) derart ausgerichtet sind, dass sie in gekoppeltem und undeformiertem Zustand in partiellem Kontakt (S) und zum freien Ende (8) des Koppelelements (7) hin mit größer werdendem Abstand zueinander angeordnet sind.
Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Koppelflächen (4, 5) in einem zum freien Ende (8) des Koppelelements (7) hin geöffneten Winkel (α) zueinander angestellt sind.
Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der zwischen den angestellten Koppelflächen (4, 5) gebildete Winkel (α) in der gemeinsamen Schwenkebene der als Hebel ausgeführten und um eine gemeinsame Schwenkachse (6) relativ zueinander verschwenkbar angeordneten Bauteile (1, 2) liegt.
Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine Koppelfläche (5) zumindest teilweise leicht ballig ausgeführt ist.
Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass zum Koppeln mit einer ersten Koppelfläche (4) am Koppelelement (7) eine zweite Koppelfläche (5) am zweiten Bauteil (2) vorgesehen und letzteres als Hebel ausgeführt um eine Schwenkachse (6) verschwenkbar angeordnet ist, wobei sich die zweite Koppelfläche (5) als Schräge in einem Winkel (α) zur Hebellängsachse (13) erstreckt und der Winkel (α) zur Schwenkachse (6) hin geöffnet ist.
Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Bauteile (1, 2) als zueinander verschwenkbare Hebel ausgeführt sind, wobei das zweite Bauteil (2) am schwenkbeweglich abstützbaren ersten Bauteil (1) verschwenkbar zu diesem abgestützt ist.
Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Bauteil (2) als um eine Schwenkachse (6) verschwenkbar angeorneter Hebel ausgeführt ist, wobei an letzterem die Betriebskraft (F_max) als Nockenhubbewegung von einer Nockenwelle zur Ventilbetätigung zumindest eines Gaswechselventils der Brennkraftmaschine direkt abgreifbar ist.
Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass eine erste Koppelfläche (4) am Koppelelement (7) plan ausgeführt und senkrecht zur Hebellängsachse (12) des ersten Bauteils (1) ausgerichtet ist.
Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Koppelelement (7) zum Koppeln verschiebbar am ersten Bauteil (1) angeordnet ist und eine erste Koppelfläche (16) ausgehend vom freien Ende (8) des Koppelelements (7) als Schräge in Richtung der Längs- bzw. Verschiebeachse (11) des Koppelelements (7) leicht abfallend verläuft.
Schaltbare Ventiltriebkomponente (3) für eine Brennkraftmaschine, mit einer Anordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche.