DE102022210544A1

DE102022210544A1 - Schiebenockensystem, sowie Verfahren zur Betätigung eines Schiebenockensystems

Info

Publication number: DE102022210544A1
Application number: DE102022210544.3A
Authority: DE
Inventors: Mathias Röder; Jens Schirmer
Original assignee: ThyssenKrupp AG; Thyssenkrupp Dynamic Components GmbH
Current assignee: ThyssenKrupp AG; Thyssenkrupp Dynamic Components GmbH
Priority date: 2022-10-06
Filing date: 2022-10-06
Publication date: 2024-04-11

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Schiebenockensystem für eine Brennkraftmaschine mit wenigstens einer Nockenwelle (10) umfassend eine Trägerwelle (11) mit einem ersten Schiebenockenelement (12a) und mindestens einem zweiten Schiebenockenelement (12b), die verdrehfest, aber axial verschiebbar auf der Trägerwelle (11) aufgenommen sind, ein axial verschiebbares Verstellelement, welches dazu eingerichtet ist eine axiale Verschiebung des ersten Schiebenockenelementes (12a) auf das zweite Schiebenockenelement (12b) oder ggf. weiteres Schiebenockenelement zu übertragen, jeweils eine Kopplungseinrichtung (13, 17 oder 100, 101, 102) zwischen dem Verstellelement (16) und dem Schiebenockenelement (12a, 12b, 12c) vorgesehen ist, wobei mindestens eine Kopplungseinrichtung als Umkehrkopplungseinrichtung (100, 101, 102) ausgestaltet ist, die dazu eingerichtet ist, das durch die Umkehrkopplungseinrichtung (100, 101, 102) angekoppelte Verstellelement (16) in die axial entgegengesetzte Richtung des Schiebenockenelements (12a) zu verschieben, sowie dass mindestens eine weitere Kopplungseinrichtung (13, 17) dazu eingerichtet ist, das durch die Kopplungseinrichtung (13, 17) angekoppelte Schiebenockenelement (12b) in die axial gleiche Richtung des Verstellelements (16) zu verschieben. Ferner betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Betätigung eines erfindungsgemäßen Schiebenockensystems welches sich dadurch auszeichnet, dass das erste Schiebenockenelement (12a) in eine axiale Richtung verschoben wird, wobei das zweite Schiebenockenelement in die axial entgegengesetzte Richtung verschoben wird.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Schiebenockensystem gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1, sowie ein Verfahren zur Betätigung eines erfindungsgemäßen Schiebenockensystems gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 25.
Eine Schiebenockensystem der vorgenannten Art ist beispielsweise aus der DE 10 2019 107 626 A1 bzw. WO 2020/193560 A1 der Anmelderin bekannt geworden. Hier ist ein Schiebenockensystem für eine Brennkraftmaschine mit wenigstens einer Nockenwelle beschrieben, 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.
Aus der Patentanmeldung DE 10 2020 210 260 A1 der Anmelderin ist ferner ein Schiebenockensystem für eine Brennkraftmaschine mit wenigstens einer Nockenwelle bekannt geworden, umfassend eine Trägerwelle mit wenigstens zwei Schiebenockenelementen die jeweils eine Schaltkulisse mit wenigstens einer Schaltnut umfassen, wobei die Schiebenockenelemente durch wenigstens einen Aktuator-Pin axial zur Trägerwelle verschiebbar sind und wenigstens ein Verstellelement parallel zu einer Längsachse der Trägerwelle angeordnet ist, wobei das Verstellelement in Richtung der Längsachse der Trägerwelle axial verschiebbar ist, wobei das Verstellelement wenigstens zwei Kopplungs-Pins aufweist, wobei ein erster Kopplungs-Pin im Bereich des ersten Schiebenockenelements angeordnet ist und ein zweiter Kopplungs-Pin im Bereich des zweiten Schiebenockenelements angeordnet ist und die Kopplungs-Pins jeweils mit einer Schaltkulisse des jeweils zugehörigen Schiebenockenelements zusammenwirken derart, dass durch das Verstellelement eine durch den Aktuator-Pin eingeleitete Bewegung des ersten Schiebenockenelements auf das zweite Schiebenockenelement übertragbar ist, wobei das Schiebenockensystem mit einer separaten Antriebseinrichtung für das das Verstellelement ausgestattet ist.
Zum axialen Verschieben eines Schiebennockens bzw. Doppelschiebenockens auf der Trägerwelle (Zahnwelle) wird bei Schiebenockensystemen mit oder ohne Axialanschlag gearbeitet.
Schiebenockensysteme ohne Axialanschlag haben zwar geringere Reibmomente, benötigen aber deutlich mehr Bauraum und höhere Verstellkräfte.
Bei Schiebnockensystemen mit Anschlag wirken jedoch dauerhafte Axialkräfte durch die Arretierung, beispielsweise durch eine Arretierung mittels Kugel-Feder-Mechanismus, des Schiebenockens auf das Axiallager der Trägerwelle.
Üblicherweise wird je Schiebeelement ein Aktuator verwendet, welcher dann eine individuelle Ansteuerung erfordert. Da es somit oft einer Vielzahl an Aktuatoren für ein Gesamtsystem bedarf, wurde insbesondere zur Kostenreduzierung die in den DE 10 2019 107 626 A1 bzw. WO 2020/193560 A1 und DE 10 2020 210 260 A1 beschriebenen Schiebenockensysteme vorgeschlagen. Bei diesem System gibt es grundsätzlich nur einen Aktuator pro Nockenwelle, welcher nur ein Element aktiv schaltet. Auf dem aktiv geschalteten Schiebenockenelement befindet sich ein Abgriff für ein Verstellelement, welches dann mechanisch alle weiteren Schiebenockenelemente in einer definierten Reihenfolge durchschaltet.
Wenngleich hier bereits sehr brauchbare Schiebenockensysteme vorgeschlagen werden, so besteht dennoch Verbesserungsbedarf. Insbesondere sind diese Schiebenockensysteme in der Regel mit Axialanschlägen ausgestattet, so dass die oben skizzierte Problematik für Schiebenockensysteme mit Axialanschlag zutrifft.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung liegt entsprechend darin, ein verbessertes Schiebenockensystem vorzuschlagen, insbesondere ein Schiebenockensystem vorzuschlagen, welches die oben skizzierten Probleme abstellt, zumindest aber mindert. Insbesondere soll ein Schiebenockensystem vorgeschlagen werden, deren Axiallagerung weniger stark beansprucht wird.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch ein Schiebenockensystem mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Dadurch, dass mindestens eine Kopplungseinrichtung als Umkehrkopplungseinrichtung ausgestaltet ist, die dazu eingerichtet ist, das durch die Umkehrkopplungseinrichtung angekoppelte Verstellelement in die axial entgegengesetzte Richtung des Schiebenockenelements zu verschieben, sowie eine weitere Kopplungseinrichtung dazu eingerichtet ist, das durch die Kopplungseinrichtung angekoppelte Schiebenockenelement in die axial gleiche Richtung des Verstellelements zu verschieben, wird die Möglichkeit geschaffen, dass ein Schiebenockenelement in eine entgegengesetzte Richtung des Verstellelements verschoben werden kann, was wiederum die Möglichkeit mit einschließt, dass eine andere Kopplungseinrichtung als herkömmliche Kopplungseinrichtung ausgestaltet sein kann, welche dazu eingerichtet ist, dass sich Schiebenockenelement und Verstellelement in die axial gleiche Richtung verschieben.
Durch die konträre Bewegung der Schiebenockenelemente wird eine Aufhebung bzw. Reduzierung der resultierenden Kräfte an den Axiallagern der Schiebenockenwelle erzielt, in dem die jeweiligen Schiebenockenelemente bei ihrer axialen Verschiebung an der jeweiligen entgegengesetzten Nockeninnenseite am jeweiligen Axiallager anstoßen.
Richtungsumkehr bedeutet in diesem Zusammenhang insbesondere nicht, dass sich die Bewegungsrichtung während des Verschiebens umkehrt. Eine eingeleitete Verschieberichtung eines Schiebenockenelements nach links bzw. rechts, bewegt sich bis zum Ende der Verschiebung nach links bzw. rechts. Unter «Richtungsumkehr» soll im Sinne der erfinderischen Idee vielmehr verstanden werden, dass bei der aktiven Schaltung eines erstens Schiebenockenelements die axiale Verschieberichtung entgegengesetzt der axialen Verschieberichtung eines zweiten mittelbar geschalteten Schiebenockenelementes auf der Schiebenockenwelle ist. Als «Primärschiebenocken» soll im Sinne der erfinderischen Idee das Schiebenockenelement verstanden werden, welcher aktiv von einem elektrisch betätigten Aktuator geschalten wird. Im Gegensatz dazu kann als «Sekundärschiebenocken» im Sinne der erfinderischen Idee das Schiebenockenelement verstanden werden, welches passiv / mittelbar über das Verstellelement geschalten wird.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der vorgeschlagenen Erfindung ergeben sich insbesondere aus den Merkmalen der Unteransprüche. Die Gegenstände bzw. Merkmale der verschiedenen Ansprüche können grundsätzlich beliebig miteinander kombiniert werden.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass die Umkehrkopplungseinrichtung einen drehbar aufgenommenen Umlenkhebel, sowie eine schiebenockenelementseitige Anschlusseinrichtung und eine verstellelementseitige Anschlusseinrichtung umfasst, die zum Anschluss des Umlenkhebels an dem Schiebenockenelement bzw. dem Verstellelement eingerichtet sind. Mit anderen Worten, kann der Abgriff beispielsweise am Primärschiebenocken durch einen separat an einem Halter gelagerten Umlenkhebel erfolgen. Der Umlenkhebel ermöglicht eine Richtungsumkehr der axialen Bewegung (mindestens) zweier auf einer Schiebenockenwelle angeordneten Schiebenockenelemente.
Wird der Umlenkhebel beispielsweise durch das Schiebennockenelement angeschoben, welches mittels des Aktuators axial verschoben wird, wird die Bewegung durch den Umlenkhebel und seine Lagerung in eine drehende Bewegung umgewandelt. Der Abgriff am Umlenkhebel, welcher hinter der Drehachse liegt, bewegt sich dann in die entgegengesetzte Richtung und verschiebt das Verstellelement entsprechend in die entgegengesetzte Richtung wie das mittels Aktuator angetriebene Schiebennockenelement.
Hierdurch kann eine konträre Bewegung (mindestens) zweier auf einer Trägerwelle angeordneten Schiebenockenelemente ermöglicht werden, insbesonder aufeinander zu / voneinander weg. Durch die konträre Bewegung wird eine Aufhebung bzw. Reduzierung der resultierenden Kräfte an den Axiallagern des Schiebenockenwellensystems erzielt, in dem die jeweiligen Schiebenockenelemente bei ihrer axialen Verschiebung an der jeweiligen entgegengesetzten Nockeninnenseite am jeweiligen Axiallager anstoßen.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass das Schiebenockensystem ein Haubenmodul oder einen Zylinderkopf umfasst, wobei die Nockenwelle drehbar in dem Haubenmodul oder dem Zylinderkopf aufgenommen ist.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass im Haubenmodul ein direkter Aufnahme- bzw. Anordnungsbereich für den Umlenkhebel vorgesehen ist.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass die Anschlusseinrichtung der Umkehrkopplungseinrichtung auf Seiten des Schiebenockenelementes eine umlaufende Nut oder einen radial nach außen gerichtetem umlaufenden Bereich bzw. Bund umfasst, in welchen das zugeordnete Ende des Hebelarms des Umlenkhebels eingreifen bzw. umgreifen kann. Vorzugsweise ist die Nut seitlich neben einer Schaltkulisse angeordnet. Sie kann sich aber auch an einer anderen axialen Position am Schiebenockenelement befinden.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass die radial umlaufende Nut aus dem Schiebenockenelement ausgeformt ist oder als ein separates Bauteil ausgestaltet ist, welches mit dem Schiebenockenelement in Verbindung steht.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass die Anschlusseinrichtung der Umkehrkopplungseinrichtung auf Seiten des Verstellelementes eine gabelförmige Aufnahme umfasst, in welchen das zugeordnete Ende des Hebelarms des Umlenkhebels eingreifen kann. Hierdurch kann insbesondere eine dauerhafte und drehbare Wirkverbindung mit dem zugewandten Ende des Hebelarms des Umlenkhebels sichergestellt werden. Alternativ kann auch vorgesehen sein, dass die Anschlusseinrichtung der Umkehrkopplungseinrichtung auf Seiten des Verstellelementes stangen-, stift- oder pinnförmig ausgestaltet ist. Das zugeordnete Ende des Hebelarms ist entsprechend ausgestaltet um in die jeweilige Form der Anschlusseinrichtung eingreifen zu können.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass die Innenseiten der gabelförmigen Aufnahme mit einer kalottenförmigen Aushöhlung ausgestattet sind. Hierdurch kann eine bessere Aufnahme/Fixierung des zugewandten Hebelarmendes des Umlenkhebels erreicht werden.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass der Umlenkhebel eine Achse zur drehbaren Aufnahme des Umlenkhebels umfasst, sowie zwei sich von dieser Achse erstreckende Hebelarme aufweist, wobei der erste Hebelarm mit der schiebenockenelementseitigen Anschlusseinrichtung und der zweite Hebelarm mit der verstellelementseitigen Anschlusseinrichtung in Wirkverbindung steht.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass die Hebelarme gleich lang sind.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass das Ende des Hebelarms als gabelförmiger, balligförmiger, knochenförmiger, kugelförmiger, stangenförmiger, stiftförmiger oder pinnförmiger Mitnehmer ausgestaltet ist.
Insbesondere wenn das Ende des Hebelarms ballig- und/oder knochenförmig ausgestaltet ist, entsteht vorzugsweise ein Linienkontakt zwischen Hebelarmende und Anschlusseinrichtung.
Insbesondere wenn das Ende des Hebelarms kugelförmig ausgestaltet ist, entsteht vorzugsweise ein Punktkontakt zwischen Hebelarmende und Anschlusseinrichtung.
Insbesondere wenn das Ende des Hebelarms stangen- / stift- / pinnförmig ausgestaltet entsteht vorzugsweise ein Linienkontakt zwischen Hebelarmende und Anschlusseinrichtung.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass der Umlenkhebel, insbesondere die mit der Anschlusseinrichtung in Kontakt tretende Kontaktfläche, gehärtet und/oder beschichtet ausgestaltet ist.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass der Umlenkhebel drehbar an seiner Achse in einem Halter aufgenommen ist.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass der Umlenkhebel mittig oder außermittig drehbar an einem Halter gelagert ist.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass der Halter auch zur Führung und/oder Positionierung des Verstellelementes eingerichtet ist. Hierdurch wird das Verstellelement insbesondere vor dem Herausfallen nach unten geschützt.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass der Umlenkhebel und der Halter aus unterschiedlichen Materialien bestehen.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass der Halter U-förmig um den Umlenkhebel herumgreift, so dass der Umlenkhebel mit einem in den Halter eingepressten Stift drehbar fixiert werden kann.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass der Halter im Haubenmodul oder der Zylinderkopfhaube als separates Bauteil angebracht ist.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass der Halter unbeweglich im Haubenmodul oder der Zylinderkopfhaube als separates Bauteil kraftschlüssig angebracht oder formschlüssig integriert / eingelegt ist.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass der Halter direkt im Haubenmodul ausgeformt ist.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass mehrere Umkehrkopplungseinrichtungen pro Nockenwelle vorgesehen sind, insbesondere, dass die Hälfte der Kopplungseinrichtungen einer Nockenwelle als Umkehrkopplungseinrichtungen ausgestaltet sind. Dadurch wird eine erneute Richtungsänderung ermöglicht, sodass mehrere Schiebenockenelemente (wenigstens 3) in unterschiedlichen Richtungen bewegt werden können. Diese Ausgestaltung ist insbesondere bei einer 4 Zylinderbrennkraftmaschine denkbar, wobei sich insbesondere folgende Abfolge der Schaltvorgänge ergeben kann.

- Zylinder1: aktiv geschalten nach links; Verstellelement mit Abgriff durch Umlenkhebel bewegt sich nach rechts
- Zylinder2: bewegt sich durch festen Pin-Abgriff in Verstellelementrichtung nach rechts
- Zylinder3: kann durch einen weiteren Umlenkhebel-Abgriff von dem Verstellelement wieder nach links bewegt werden
- Zylinder4: bewegt sich durch festen Pin-Abgriff in Verstellelementrichtung nach rechts

Somit werden 2 Schiebenockenelemente (Zyl. 1/3) nach links und 2 Schiebenockenelemente nach rechts (Zyl. 2/4) bewegt. Ein sich hieraus ergebender Vorteil liegt insbesondere darin, dass Kräfte am Axiallager somit aufgehoben werden können.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass das Nockenwellensystem mit einer Antriebseinrichtung ausgestattet ist, umfassend einen Aktuator und eine Schaltkulisse.
Die Schaltkulisse wiederum kann vorzugsweise Teil eines Schiebenockenelementes sein oder unmittelbar mit einem Schiebenockenelement verbunden sein.
Alternativ kann die Schaltkulisse auch als separates Teil auf der Nockenwelle ausgestaltet sein.
Bevorzugt ist die von dem Aktuator angesteuerte Schaltkulisse bzw. Schiebenockenelement mit einer Kopplungseinrichtung mit dem Verstellelement verbunden, so dass die axiale Bewegung der Schaltkulisse auf das Verstellelement übertragen wird.
Wahlweise kann die Kopplungseinrichtung als Umkehrkopplungseinrichtung oder herkömmliche Kopplungseinrichtung ausgestaltet sein, also insbesondere einen Umlenkhebel umfassen oder auch einen herkömmlichen Kopplungs-Pin. Durch die entsprechende Auswahl kann dann eingestellt werden, ob sich das Verstellelement gegensätzlich oder mit der Schaltkulisse bewegt. In einer bevorzugten Ausführungsform ist die Schaltkulisse unmittelbar an dem Schiebenockenelement angeordnet, dessen Kopplungseinrichtung auch mit dem Umlenkhebel ausgestattet ist, sprich als Umkehrkopplungseinrichtung ausgestaltet ist.
Wie oben dargestellt, wird es in dem Schiebenockensystem zumindest ein unmittelbar angetriebenes Schiebenockenelement und mindestens ein mittelbar, sprich über das Verstellelement, angetriebenes Schiebenockenelement geben. Zur besseren Unterscheidung soll nachfolgend von Primärschiebenockenelement bzw. primären Schiebenockenelement für das unmittelbar von dem Aktuator angetriebene Schiebenockenelement gesprochen werden. Oder mit anderen Worten: Als «Primärschiebenocken» soll im Sinne der erfinderischen Idee das Schiebenockenelement verstanden werden, welcher aktiv von einem elektrisch betätigten Aktuator geschalten wird.
Im Gegensatz dazu kann als «Sekundärschiebenocken» im Sinne der erfinderischen Idee das Schiebenockenelement verstanden werden, welches passiv / mittelbar über das Verstellelement geschalten wird.
Grundsätzlich kann über die jeweilige Ausgestaltung der Kopplungseinrichtung als Umkehrkopplungseinrichtung oder herkömmliche Kopplungseinrichtung, die Bewegungsrichtung des jeweiligen Schiebenockenelementes im Hinblick auf das Verstellelement eingestellt werden. Die Anordnung kann je nach Bedarf und vorliegenden Bedürfnissen des Motors vorgenommen werden. Hier sind viele Kombinationen und Erweiterungen, auf beispielsweise drei oder mehr Schiebenockenelemente, denkbar.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass das von dem Aktuator angetriebene Schiebenockenelement, insbesondere das Primärschiebenockenelement, mit dem drehbar gelagerten Umlenkhebel in einer dauerhaften und drehbaren Wirkverbindung steht. Das andere Ende des Hebelarms steht vorzugsweise in einer dauerhaften Wirkverbindung mit dem Verstellelement, insbesondere der Anschlusseinrichtung des Verstellelementes.
Weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden deutlich anhand der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf die beiliegenden Abbildungen. Darin zeigen

1 eine perspektivische Ansicht eines Ausführungsbeispiels eines Schiebenockensystems gemäß dem Stand der Technik;
2 eine weitere perspektivische Ansicht eines Ausführungsbeispiels eines Schiebenockensystems gemäß dem Stand der Technik;
3 eine Seitenansicht eines Ausführungsbeispiels eines Schiebenockensystems gemäß dem Stand der Technik;
4 eine weitere Seitenansicht eines Ausführungsbeispiels eines Schiebenockensystems gemäß dem Stand der Technik;
5 eine Seitenansicht eines weiteren Ausführungsbeispiels eines Schiebenockensystems gemäß dem Stand der Technik;
6 ein erfindungsgemäßes Schiebenockensystem für eine Brennkraftmaschine in einer perspektivischen Darstellung mit Umlenkhebel im Halter in einer ersten Schaltstellung;
6a eine Detaildarstellung aus der 6;
7 ein erfindungsgemäßes Schiebenockensystem für eine Brennkraftmaschine in einer perspektivischen Darstellung mit Umlenkhebel im Halter in einer zweiten Schaltstellung;
8 ein Umlenkhebel im Halter in einer perspektivischen Darstellung;
9 ein Umlenkhebel und Halter in einer Explosionsdarstellung;
10 ein Haubenmodul mit zwei erfindungsgemäßen Schiebenockensystemen in einer perspektivischen Ansicht;
11 ein Haubenmodul mit zwei erfindungsgemäßen Schiebenockensystemen in einer Ansicht von Unten;
12 ein Haubenmodul mit zwei erfindungsgemäßen Schiebenockensystemen in einer ersten Schaltstellung;
13 ein Haubenmodul mit zwei erfindungsgemäßen Schiebenockensystemen in einer zweiten Schaltstellung;
14 ein erfindungsgemäßes Schiebenockensystem für eine Brennkraftmaschine in einer seitlichen Darstellung mit Umlenkhebel im Halter in einer ersten Schaltstellung;
15 ein erfindungsgemäßes Schiebenockensystem für eine Brennkraftmaschine in einer seitlichen Darstellung mit Umlenkhebel im Halter in einer zweiten Schaltstellung.

Folgende Bezugszeichen werden in den nachfolgenden Abbildungen verwendet:

H: Haubenmodul
A: Axialanschlag
S1: Schaltstellung 1
S2: Schaltstellung 2
10: Nockenwelle
11: Trägerwelle
12a: erstes Schiebenockenelement
12b: zweites Schiebenockenelement
12c: drittes Schiebenockenelement
13: Schaltkulisse
14: Schaltnut
14a: erste Schaltnut
14b: zweite Schaltnut
15: Aktuator-Pin
16: Verstellelement
17: Kopplungs-Pin
17a: erster Kopplungs-Pin
17b: zweiter Kopplungs-Pin
17c: dritter Kopplungs-Pin
18: Aufnahmeelement
19: Arretierelement
20: Wälzlager
21: Halteringe
22: Nockenkontur
23: Antriebseinrichtung
30: Aktuator
100: Umlenkhebel
100a: Hebelarm
100b: Hebelarm
101: schiebenockenelementseitige Anschlusseinrichtung / umlaufende Nut
102: verstellelementseitige Anschlusseinrichtung / gabelförmige Aufnahme
103: Achse
104: Halter
231: Schaltkulisse (der Antriebseinrichtung)
232: Kopplung

Dabei gelten Merkmale und Details, die im Zusammenhang mit einem Verfahren beschrieben sind selbstverständlich auch im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung und umgekehrt, sodass bezüglich der Offenbarung zu den einzelnen Erfindungsaspekten stets wechselseitig Bezug genommen wird bzw. werden kann. Außerdem kann ein ggf. beschriebenes erfindungsgemäßes Verfahren mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung durchgeführt werden.
Die hierin verwendete Terminologie dient nur zum Zweck des Beschreibens bestimmter Ausführungsformen und soll die Offenbarung nicht beschränken. Wie hierin verwendet, sollen die Singularformen „ein/eine“ und „der/die/das“ auch die Pluralformen enthalten, sofern der Kontext dies nicht anderweitig klar erkennen lässt. Es wird zudem klar sein, dass die Ausdrücke „weist auf“ und/oder „aufweisend“, wenn in dieser Beschreibung verwendet, das Vorhandensein der genannten Merkmale, ganzen Zahlen, Schritte, Operationen, Elemente und/oder Bauteile spezifizieren, aber nicht das Vorhandensein oder den Zusatz von einem/einer oder mehreren anderen Merkmalen, ganzen Zahlen, Schritten, Operationen, Elementen, Bauteilen und/oder Gruppen derselben ausschließen. Wie hierin verwendet, enthält der Ausdruck „und/oder“ jedes beliebige und alle Kombinationen von einem oder mehreren der assoziierten, aufgelisteten Elemente.
Die 1 bis 4 zeigen dasselbe Ausführungsbeispiel eines Schiebenockensystems des Standes der Technik aus unterschiedlichen Perspektiven.
Das Schiebenockensystem für eine Brennkraftmaschine mit wenigstens einer Nockenwelle 10, umfasst eine Trägerwelle 11. Auf der Trägerwelle 11 sind ein erstes und ein zweites Schiebenockenelement 12a, 12b axial beweglich zu einer Längsachse der Trägerwelle 11 und insbesondere drehfest angeordnet. Hierzu kommt beispielsweise eine Schiebeverzahnung zum Einsatz. Es ist denkbar, dass mehr als zwei Schiebenockenelemente auf der Trägerwelle 11 angeordnet sind. Die Trägerwelle 11 umfasst vorzugsweise drei Wälzlager 20. Jeweils ein Wälzlager 20 ist an den axialen Enden der Trägerwelle 11 und ein weiteres Wälzlager 20 ist zwischen den Schiebenockenelementen 12a, 12b angeordnet. Die Wälzlager 20 sind vorzugsweise durch Halteringe 21 arretiert. Die Anzahl der Wälzlager 20 und der Halteringe 21 sowie die Positionen der Lagerstellen sind variabel. Die Schiebenockenelemente 12a, 12b umfassen eine Schaltkulisse 13 und eine Nockenkontur 22.
Die Schaltkulisse 13 des erstens Schiebenockenelements 12a umfasst eine erste und eine zweite Schaltnut 14a, 14b. Die Schaltnuten 14a, 14b sind wenigstens abschnittsweise V-förmig. Mit anderen Worten ist die Breite der beiden Schaltnuten 14a,14b nicht konstant. Unter der Breite ist der Abstand der Flanken der Schaltnuten 14a,14b in axialer Richtung zur Trägerwelle 11 zu verstehen. Die Flanken der Schaltnuten 14a, 14b nähern sich im V-förmigen Abschnitt aneinander an.
Die beiden Schaltnuten 14a, 14b sind auf dem gleichen Drehwinkel angeordnet. Die erste Schaltnut 14a weist einen größeren Radius als die zweite Schaltnut 14b auf.
Unter Radius ist der Betrag des Abstands der Nutgrundfläche der ersten oder der zweiten Schaltnut 14a, 14b von der Mittellängsachse der Trägerwelle 11 zu verstehen. Somit bestimmen der Außendurchmesser der Schaltkulisse 13 und der Radius der Nutgrundfläche die Nuttiefe.
Die erste Schaltnut 14a umfasst eine Stufe. Mit anderen Worten ist die erste Schaltnut 14a als ein Vorsprung bzw. ein Absatz ausgebildet. Die erste Schaltnut 14a weist einen variierenden Radius auf. D.h. die erste Schaltnut 14a weist abschnittsweise Bereiche mit einem größeren Radius und einem kleineren Radius auf. Die Änderung des Radius erfolgt stufenlos. Die Bereiche sind jeweils einem Einfahrbereich, einem Ausfahrbereich oder einem Verschiebebereich zugeordnet.
Die zweite Schaltnut 14b weist einen konstanten Radius auf. Die Breite der zweiten Schaltnut 14b ist kleiner als die Breite der ersten Schaltnut 14a.
An der Trägerwelle 11 sind zwei Aktuator-Pins 15 angeordnet. Die Aktuator-Pins 15 sind im Wesentlichen lediglich in eine Richtung orthogonal zur Mittellängsachse der Trägerwelle 11 beweglich. Die Aktuator-Pins 15 sind der ersten Schaltnut 14a zugeordnet. D.h. die Aktuator-Pins wirken nur mit der ersten Schaltnut 14a zusammen. Die Aktuator-Pins 15 sind in axialer Richtung der Trägerwelle 11 voneinander beabstandet. Dadurch ist abhängig von der Position des ersten Schiebnockenelements einer der beiden Aktuator-Pins 15 in die erste Schaltnut 14a einführbar. Durch das Einführen der Aktuator-Pins 15 ist eine axiale Bewegung des ersten Schiebenockenelements 14a einleitbar.
Dazu wird ein Aktuator-Pin 15 in die erste Schaltnut 14a eingeführt. Durch die Verkleinerung der Nutbreite wirkt der eingeführte Aktuator-Pin 15 mit einer Flanke der ersten Schaltnut 14a zusammen. Genauer beaufschlagt der eingeführte Aktuator-Pin 15 eine Flanke der ersten Schaltnut 14a mit einer der Flanke entgegen gerichteten Kraft. Dadurch erfolgt die axiale Verschiebung des ersten Schiebenockenelements 12a. Die Richtung der Verschiebung hängt somit von der Flanke ab, mit der der eingeführte Aktuator-Pin 15 zusammenwirkt. Jeder Flanke der ersten Schaltnut 14a ist ein Aktuator-Pin 15 zugeordnet.
Parallel zur Trägerwelle 11 ist ein Verstellelement 16 angeordnet. Das Verstellelement 16 ist axial beweglich. Das Verstellelement ist um 90° zu den Aktuator-Pins 15 versetzt. Alternativ sind andere Winkelversätze denkbar. Das Verstellelement 16 umfasst einen ersten und einen zweiten Kopplungs-Pin 17a, 17b und ein Aufnahmeelement 18. Der erste und der zweite Kopplungs-Pin 17a, 17b sind jeweils an einem axialen Ende des Verstellelements 16 angeordnet. Das Aufnahmeelement 18 umfasst drei Fortsätze und ist zwischen den axialen Enden des Verstellelements 16 angeordnet. Die Kopplungs-Pins 17a, 17b und das Aufnahmeelement 18 erstrecken sich orthogonal zur Mittellängsachse der Trägerwelle 11.
Der erste Kopplungs-Pin 17a ist der zweiten Schaltnut 14b des ersten Schiebenockenelements 12a zugeordnet. Der erste und der zweite Kopplungs-Pin 17a, 17b sind im Wesentlichen drehbar an dem Verstellelement 16 angeordnet. Der erste Kopplungs-Pin 17a steht dauerhaft in Eingriff mit der zweiten Schaltnut 14b des ersten Schiebenockenelements 12a.
Der erste Kopplungs-Pin 17a wird von einer Flanke der zweiten Schaltnut 14b mit einer Kraft beaufschlagt. Das Verstellelement 16 wird in Wirkrichtung der Kraft verschoben. Da das Verstellelement 16 und somit die Kopplungs-Pins 17a, 17b um 90° in Umfangsrichtung voneinander versetzt sind und die erste und die zweite Schaltnut 14a, 14b im gleichen Drehwinkel angeordnet sind, erfolgt die Verschiebung des Verstellelements 16 entsprechend zeitlich versetzt bzw. phasenverschoben.
Der zweite Kopplungs-Pin 17b ist im Bereich des zweiten Schiebenockenelements 12b angeordnet. Das zweite Schiebenockenelement 12b umfasst eine Schaltnut 14. Die Schaltnut 14 weist einen V-förmigen Abschnitt auf. Der zweite Kopplungs-Pin 17b steht dauerhaft mit der Schaltnut 14 in Eingriff. Die Schaltnut 14 des zweiten Schiebenockenelements 12b ist derart angeordnet, dass ein zum ersten Schiebenockenelements 12a zeitversetztes Schalten des zweiten Schiebenockenelements 12b realisierbar ist.
Durch das Verschieben des Verstellelements 16 wird der zweite Kopplungs-Pin 17b in der Schaltnut 14 axial bewegt. Genauer wird der zweite Kopplungs-Pin 17b zu einer der Flanken der Schaltnut 14 bewegt. Der zweite Kopplungs-Pin 17b wirkt im Wesentlichen auf die gleiche Art mit der Schaltnut 14 zusammen wie die Aktuator-Pins 15 mit der ersten Schaltnut 14a des ersten Schiebenockenelements 12a.
Die Trägerwelle 11 umfasst ein kreisscheibenförmiges Arretierelement 19. Alternativ sind andere Geometrien denkbar. Das Arretierelement 19 ist zwischen dem ersten und dem zweiten Schiebenockenelement 12a, 12b angeordnet. Das Arretierelement 19 ist von dem Aufnahmeelement 18 axial begrenzt. Das Arretierelement 19 weist eine Abstützfunktion auf. Das Arretierelement 19 bildet ein Widerlager für das Aufnahmeelement 18. Das Arretierelement 19 nimmt die Kräfte während des Schaltvorgangs auf und ermöglicht so ein Festlegen des Verstellelements 16. Ferner verhindert das Zusammenwirken von dem Aufnahmeelement 18 und dem Arretierelement 19, dass das erste Schiebenockenelement 12a ungewollt verschoben wird. Das Aufnahmeelement 18 umfasst zwei Aufnahmen für das Arretierelement 19. Das Arretierelement 19 umfasst eine Aussparung. Dadurch ist ein Verschieben des Verstellelements durch die Kreisscheibe möglich. Dazu ist die Aussparung in dem Bereich des entsprechenden Drehwinkels angeordnet. Die Aussparung ist derart in der Kreisscheibe angeordnet, dass bei einer axialen Bewegung das Verstellelement 16 durch die Aussparung hindurchbewegt wird. Es ist denkbar, dass das Verstellelement 16 zusätzlich eine Feder-Kugel Arretierung (nicht dargestellt) umfasst.
Zusammengefasst ermöglicht das vorhergehend beschriebene Schiebenockensystem durch das Verstellelement 16 ein phasenversetztes Schalten der Schiebenockenelemente 12a, 12b unter Verwendung eines einzigen Aktuators. Dadurch ist die gesamte Anzahl der Aktuatoren im Schiebenockensystem deutlich reduzierbar.
Für weitere Details und auch weitere Ausführungsformen kann auf die DE 10 2019 107 626 A1 bzw. WO 2020/193560 A1 der Anmelderin verwiesen werden, auf die hier ausdrücklich Bezug genommen wird.
Die 5 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Schiebenockensystems, wie bereits in der DE 10 2020 210 260 A1 der Anmelderin beschrieben. Die Antriebseinrichtung 23 kann eine separate Schaltkulisse 231 und eine Kopplung 232 zum Verstellelement 16 aufweisen und durch die Wechselwirkung mit einem Aktuator 30 zeitlich genau gesteuert in axialer Richtung verschoben werden. Die Kopplung kann hier beispielsweise eine umlaufende Nut und einen Pin 17 umfassen. Hierdurch soll insbesondere verdeutlicht werden, dass das Schiebenockensystem mehr als zwei Schiebenockenelemente aufweisen kann. Für weitere Details und auch weitere Ausführungsformen kann auf die DE 10 2020 210 260 A1 der Anmelderin verwiesen werden, auf die hier ausdrücklich Bezug genommen wird.
Nachfolgend wird auf die 6 bis 15 eingegangen, welche ein erfindungsgemäßes Schiebenockensystem zeigen. Hinsichtlich der Grundfunktion kann auf die oben gemachten Ausführungen zu den Schiebenockensystemen gemäß dem Stand der Technik verwiesen werden.
Zunächst wird auf die 6 bis 7 Bezug genommen welche eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Schiebenockensystems in perspektivischen Darstellungen in unterschiedlichen Schaltzuständen zeigen.
Eine erfindungsgemäßes Schiebenockensystem für eine Brennkraftmaschine mit wenigstens einer Nockenwelle 10 umfasst im Wesentlichen eine Trägerwelle 11 mit einem ersten Schiebenockenelement 12a und mindestens einem zweiten Schiebenockenelement 12b, die verdrehfest, aber axial verschiebbar auf der Trägerwelle 11 aufgenommen sind.
Die Schiebenockenelemente können auch als Doppelschiebenockenelemente ausgestaltet sein. Unter einem «Doppelschiebenockenelement» soll im Sinne der erfinderischen Idee ein Schiebenockenelement verstanden werden, welches dazu befähigt ist, die Ventile zweier nebeneinander liegender Zylinder zu betätigen.
Ferner umfasst das erfindungsgemäße Schiebenockensystem ein axial verschiebbares Verstellelement 16, welches dazu eingerichtet ist eine axiale Verschiebung des ersten Schiebenockenelementes 12a auf das zweite Schiebenockenelement 12b oder ggf. weiteres Schiebenockenelement zu übertragen.
Es ist ferner vorgesehen, dass jeweils eine Kopplungseinrichtung zwischen dem Verstellelement 16 und dem Schiebenockenelement 12a bzw. 12b ausgestaltet ist.
Hierbei ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass mindestens eine Kopplungseinrichtung als Umkehrkopplungseinrichtung ausgestaltet ist, die dazu eingerichtet ist, das durch die Umkehrkopplungseinrichtung angekoppelte Verstellelement 16 in die axial entgegengesetzte Richtung des Schiebenockenelements 12a zu verschieben, sowie dass mindestens eine weitere Kopplungseinrichtung dazu eingerichtet ist, das durch die Kopplungseinrichtung angekoppelte Schiebenockenelement 12b in die axial gleiche Richtung des Verstellelements 16 zu verschieben.
Im Hinblick auf die weitere Kopplungseinrichtung, die dazu eingerichtet ist, das durch die Kopplungseinrichtung angekoppelte Schiebenockenelement in die axial gleiche Richtung des Verstellelements zu verschieben, kann auf die oben beschriebenen Ausführungsformen im Zusammenhang mit den Kopplungs-Pins 17a, 17b und den Schaltkulissen 13 verwiesen werden (beispielsweise 3). Es ist ersichtlich, dass eine Kopplungseinrichtung, umfassend einen Kopplungs-Pin 17 und eine Schaltkulisse 13 dazu eingerichtet ist, das Schiebenockenelement in die gleiche Richtung wie das Verstellelement 16 zu verschieben. Gleiches trifft im Übrigen auch auf eine Kopplungseinrichtung umfassend einen Kopplungspin 17 und die Kopplung 232 zu, die hier als umlaufende Nut ausgestaltet ist (vgl. 5).
Bei dem erfindungsgemäßen Schiebenockensystem ist ebenfalls mindestens eine Kopplungseinrichtung dazu eingerichtet das durch die Kopplungseinrichtung angekoppelte Schiebenockenelement 12b in die axial gleiche Richtung des Verstellelements 16 zu verschieben. Die Kopplungseinrichtung umfasst hier beispielsweise einen Kopplungs-Pin 17 und eine Schaltkulisse 13 (vgl. insbesondere 6).
Ferner ist erfindungsgemäß eine weitere Kopplungseinrichtung als Umkehrkopplungseinrichtung ausgestaltet, die dazu eingerichtet ist, das durch die Umkehrkopplungseinrichtung angekoppelte Verstellelement 16 in die axial entgegengesetzte Richtung des Schiebenockenelements 12a zu verschieben.
Hierzu ist vorzugsweise vorgesehen, dass die Umkehrkopplungseinrichtung einen drehbar aufgenommenen Umlenkhebel 100, sowie eine schiebenockenelementseitige Anschlusseinrichtung 101 und eine verstellelementseitige Anschlusseinrichtung 102 umfasst, die zum Anschluss des Umlenkhebels 100 an dem Schiebenockenelement 12a bzw. dem Verstellelement 16 eingerichtet sind.
Als «Umlenkhebel» soll im Sinne der erfinderischen Idee insbesondere ein drehbar vorzugsweise mittig gelagertes Hebelelement verstanden werden, welches zwei Hebelarme 100a, 100b aufweist, welche vorzugsweise gleichlang ausgestaltet sind. Vorzugsweise steht ein Hebelarmende in einer dauerhaften und drehbar ausgestalteten Wirkverbindung mit dem Verstellelement.
Es ist ersichtlich, dass die Anschlusseinrichtung 101 der Umkehrkopplungseinrichtung auf Seiten des Schiebenockenelementes 12a eine umlaufende Nut umfasst, in welchen das zugeordnete Ende des Hebelarms des Umlenkhebels 100 eingreifen kann. Es ist ersichtlich, dass die umlaufende Nut hier neben der Schaltkulisse 13 des Schiebenockenelementes 12a angeordnet ist und ferner vorzugsweise aus dem Schiebenockenelement 12 ausgeformt ist.
Es kann ebenfalls vorgesehen sein, dass die radial umlaufende Nut als ein separates Bauteil an einer anderen axialen Position des Schiebennockensystems angeordnet ist.
Alternativ, aber hier nicht dargestellt, kann vorgesehen sein, dass die Anschlusseinrichtung 101 der Umkehrkopplungseinrichtung auf Seiten des Schiebenockenelementes 12 einen radial nach außen gerichteten, umlaufenden Bereich bzw. Bund umfasst, welchen das zugeordnete Ende des Hebelarms des Umlenkhebels 100 umgreifen kann.
Es ist ferner ersichtlich, dass die Anschlusseinrichtung 102 der Umkehrkopplungseinrichtung auf Seiten des Verstellelementes 16 eine gabelförmige Aufnahme umfasst, in welchen das zugeordnete Ende des Hebelarms des Umlenkhebels 100 eingreifen kann. Hierdurch kann insbesondere eine dauerhafte und drehbare Wirkverbindung mit dem zugewandten Ende des Hebelarms des Umlenkhebels 100 sichergestellt werden.
Es kann insbesondere vorgesehen sein, dass die Innenseiten der gabelförmigen Aufnahme mit einer kalottenförmigen Aushöhlung ausgestattet sind. Hierdurch kann eine bessere Aufnahme/Fixierung des zugewandten Hebelarmendes des Umlenkhebels 100 erreicht werden. Es ist ferner aus den 6 bis 7 ersichtlich, dass der Umlenkhebel 100 eine Achse 103 zur drehbaren Aufnahme des Umlenkhebels 100 umfasst, sowie zwei sich von dieser Achse 103 erstreckende Hebelarme 100a und 100b aufweist, wobei der erste Hebelarm 100a mit der schiebenockenelementseitigen Anschlusseinrichtung 101 und der zweite Hebelarm 100b mit der verstellelementseitigen Anschlusseinrichtung 102 in Wirkverbindung steht.
Es ist ferner vorzugsweise vorgesehen, dass das Nockenwellensystem mit einer Antriebseinrichtung 23 ausgestattet ist, umfassend einen Aktuator 30 und eine Schaltkulisse 13.
Mit der Antriebseinrichtung kann insbesondere eine Aktivierung des Schiebenockenelementes vorgenommen werden. Hierunter soll insbesondere verstanden werden, dass ein Schiebennocken auf der Schiebenockenwelle von einem elektrisch betätigten Aktuator aktiv verschoben wird, in dem ein Aktuatorpin 15 in die Schaltkulisse 13 eingefahren wird, wodurch die axiale Vierschiebung initiiert wird. Das Schiebenockenelement 12a wird durch den axialen Versatz der Nut der Schaltkulisse 13 in die gewünschte Position verschoben. Ein weiteres Schiebennockenelement 12b auf der Trägerwelle kann über das Verstellelement 16 passiv axial verschoben werden. Das Verstellelement 16 überträgt somit die axiale Verschiebung eines Schiebenockenelementes 12a auf mindestens ein weiteres Schiebnockenelement 12b welche gemeinsam auf einer Trägerwelle 11 angeordnet sind. Das Verstellelement 16 kann auch als Schubstange angesprochen werden.
In diesem Zusammenhang ist vorzugsweise vorgesehen, dass die Schaltkulisse 13 als Teil eines Schiebenockenelementes 12a ausgestaltet ist oder unmittelbar mit einem Schiebenockenelement verbunden ist. Alternativ kann auch bevorzugt vorgesehen sein, dass die Schaltkulisse 13 als separates Teil auf der Nockenwelle ausgestaltet ist.
In der hier abgebildeten bevorzugten Ausführungsform ist die Schaltkulisse 13 Teil des Schiebenockenelementes 12a. Über den Aktuator 30 kann die Schaltkulisse 13 und damit das verbundene Schiebenockenelement 12a axial verschoben werden, vorzugsweise in eine erste axiale Position und eine zweite axiale Position, wobei weitere Zwischenpositionen denkbar sind. Nach der hier verwendeten Bezeichnung handelt es sich entsprechend bei dem Schiebenockenelement 12a um das Primärschiebenockenelement.
Es ist ferner ersichtlich, dass das von dem Aktuator 30 angetriebene Schiebenockenelement 12a, insbesondere das Primärschiebenockenelement, vorzugsweise mit dem drehbar gelagerten Umlenkhebel 100 in einer dauerhaften und drehbaren Wirkverbindung steht.
Es ist ferner aus den 6 bis 7 ersichtlich, dass die Hebelarme 100a und 100b gleich lang sind.
Es kann vorzugsweise vorgesehen sein, dass das Ende des Hebelarms 100a bzw. 100b als gabelförmiger, balligförmiger, knochenförmiger, kugelförmiger, stangenförmiger, stiftförmiger oder pinnförmiger Mitnehmer ausgestaltet ist. Es ist insbesondere in den 6 bis 7 erkennbar, dass das Ende des Hebelarms 100a bzw. 100b als stiftförmiger Mitnehmer ausgestaltet ist.
Es kann vorzugsweise vorgesehen sein, dass der Umlenkhebel 100, insbesondere die mit der Anschlusseinrichtung 101 bzw. 102 in Kontakt tretende Kontaktfläche, gehärtet und/oder beschichtet ausgestaltet ist.
Nachfolgend wird insbesondere auf die 8 und 9 Bezug genommen. Die 8 und 9 zeigen ein Verstellelement 16 mit einem Halter 104. Bei dem hier dargestellten Halter 104 handelt es sich um ein längliches Formteil, welcher Anschlussmöglichkeiten zur Anbringung an einem Zylinderkopf oder einer Zylinderkopfhaube aufweist.
Unter einem «Halter» soll im Sinne der erfinderischen Idee insbesondere ein Bauteil der Verstellelementbaugruppe verstanden werden, welches insbesondere zur drehbaren Fixierung und Lagerung des Umlenkhebels 100 dient. Die Fixierung / Lagerung des Umlenkhebels 100 erfolgt beispielsweise mittels eines Stiftes welcher durch eine ösenartige oder lochartige Ausformung am Halter 104 durchgeführt wird. Der Stift kann beispielsweise so ausgestaltet sein, dass er an einem Ende eine piltzkopf- oder bundkopffartige Ausgestaltung aufweist, welche zur sicheren drehbaren Fixierung des Stiftes am Halter dient. Der Halter seinerseits wird vorzugsweise unbeweglich in einem Haubenmodul H oder der Zylinderkopfhaube angebracht. Dies kann beispielsweis durch Anschrauben mittels mehrerer ösenartiger oder lochartiger Ausformungen / Aussparung am Halter erfolgen.
Es ist ferner insbesondere erkennbar, dass der Umlenkhebel 100 drehbar an seiner Achse 103 in dem Halter 104 aufgenommen ist.
Es kann insbesondere vorgesehen sein, dass der Umlenkhebel 100 mittig oder außermittig drehbar an dem Halter 104 gelagert ist. In der hier dargestellten Ausführungsform ist der Umlenkhebel 100 mittig drehbar an dem Halter 104 gelagert.
Es ist ferner insbesondere erkennbar, dass der Halter 104 auch zur Führung und/oder Positionierung des Verstellelementes 16 eingerichtet sein kann.
Es ist ferner vorzugsweise vorgesehen, dass der Umlenkhebel 100 und der Halter 104 aus unterschiedlichen Materialien bestehen.
Nachfolgend wird insbesondere auf die 10 und 11 Bezug genommen. Hier ist ein Haubenmodul H mit zwei erfindungsgemäßen Schiebenockensystemen dargestellt.
Insbesondere ist hier ein Haubenmodul H einer Vier-Zylinder-Brennkraftmaschine (zwei obenliegende Nockenwellen, DOHC) gezeigt. Die Schiebenockenelemente 12a,12b sind auf der Einlass- als auch auf der Auslasswelle angeordnet. Da die Schiebenockenelemente 12a, 12b als sogenannte „Doppleschiebenocken“ ausgestaltet sind, werden die Ventile von jeweils zwei Zylindern mit einen Schiebenockenelement betätigt.
Ein Haubenmodul H beinhaltet die Nockenwellen und deren Lagerung, insbesondere eine geschlossene Lagerung, und ist oberhalb des Zylinderkopfs angeordnet. Wohingegen der Zylinderkopf den Brennraum abschließt, dient das Haubenmodul zur Aufnahme des Ventiltriebs. Ein klassischer Zylinderkopf ohne Haubenmodul, lagert die Nockenwelle direkt im Kopf und schließt nach oben mit einem Ventildeckel ab.
Es ist hier insbesondere vorgesehen, dass der Halter im Haubenmodul H oder der Zylinderkopfhaube als separates Bauteil angebracht ist.
Ferner ist hier insbesondere vorgesehen, dass der Halter unbeweglich im Haubenmodul H oder der Zylinderkopfhaube als separates Bauteil kraftschlüssig angebracht oder formschlüssig integriert / eingelegt ist.
Alternativ kann vorgesehen sein (hier nicht dargestellt), dass der Halter direkt im Haubenmodul H ausgeformt ist.
Es ist ferner vorzugsweise vorgesehen, dass mehrere Umkehrkopplungseinrichtungen pro Nockenwelle vorgesehen sind, insbesondere, dass die Hälfte der Kopplungseinrichtungen einer Nockenwelle als Umkehrkopplungseinrichtungen ausgestaltet sind.
Zu illustrativen Zwecken bzw. prinzipiellen Darstellung der Erfindung ist in den 6 bis 7, aber auch 8 und 9, lediglich ein Schiebenockensystem mit zwei Schiebenockenelementen 12a, 12b, die vorzugsweise als Doppelschiebenockenelemente ausgestaltet sind, dargestellt.
Grundsätzlich können beliebig viele Schiebenockenelemente über das Verstellelement 16 angekoppelt werden. Ebenso kann ausgewählt werden, welche der angekoppelten Schiebenockenelemente über eine herkömmliche Kopplungseinrichtung oder eine Umkehrkopplungseinrichtung an das Verstellelement angekoppelt werden. Die Auswahl erfolgt letztendlich anhand dem angedachten Ziel der Erfindung, durch die konträre Bewegung eine Aufhebung bzw. Reduzierung der resultierenden Kräfte an den Axiallagern des Schiebenockenwellensystems zu erzielen. Bei zwei Schiebenockenelementen kann dieses Ziel beispielsweise durch eine herkömmliche Kopplungseinrichtung und eine Umkehrkopplungseinrichtung pro Nockenwelle erreicht werden. Sind auf der Nockenwelle beispielsweise vier Schiebenockenelemente vorhanden, kommen zwei herkömmliche Kopplungseinrichtungen und zwei Umkehrkopplungseinrichtungen in Frage. Hier kann beispielsweise vorgesehen sein, dass jeweils nebeneinander angeordnete Pärchen von Schiebenockenelementen mit herkömmlichen Kopplungseinrichtungen einerseits und Umkehrkopplungseinrichtungen andererseits ausgestattet werden. Es ergibt sich entsprechend in Längsrichtung der Nockenwelle zwei herkömmlichen Kopplungseinrichtungen auf die entsprechend zwei Umkehrkopplungseinrichtungen folgen.
Weitere Details der vorliegenden Erfindung ergeben sich insbesondere aus der Beschreibung von zwei Schaltzuständen S1 und S2 des erfindungsgemäßen Schiebenockensystems.
Das erfindungsgemäße Verfahren soll nachfolgend anhand der 12 bis 15 näher erläutert werden. Es versteht sich, dass hier nur einige ausgewählte Verfahrensschritte dargestellt werden, wie sie für das Verständnis des erfindungsgemäßen Verfahrens hilfreich sind. Das Verfahren kann weitere, dem Fachmann bekannte, Schritte bzw. Zwischenschritte umfassen.
In der 12 sind zwei in einem Haubenmodul verbaute Schiebenockensysteme in einer ersten Schaltstellung S1 dargestellt. 14 zeigt ein einzelnes Schiebenockensystem in einer ersten Schaltstellung S2.
Die Schiebenockenelemente 12a, 12b, insbesondere als Doppelschiebenocken ausgestaltet, sind hierbei axial auseinader gedrückt (Pfeilrichtung) und haben einen Axialanschlag A an der Lagerbrücke. Wobei das erste (linke) Schiebenockenelement einen linksseitigen Axialanschlag A von Nockeninnenseite an die Lagerbrücke bei Zylinder 2 aufweist und das zweite (rechte) Schiebenockenelement einen rechtsseitigen Axialanschlag A von Nockeninnenseite an die Lagerbrücke bei Zylinder 3 aufweist.
In der 13 sind zwei in einem Haubenmodul verbaute Schiebenockensysteme in einer zweiten Schaltstellung S2 dargestellt. 15 zeigt ein einzelnes Schiebenockensystem in einer zweiten Schaltstellung S2.
Die Schiebenockenelemente sind hierbei axial zusammengerückt (Pfeilrichtung) und haben einen Axialanschlag A an der Lagerbrücke. Wobei das erste (linke) Schiebenockenelement einen rechtsseitigen Axialanschlag A von Nockeninnenseite an die Lagerbrücke bei Zylinder 3 aufweist und das zweite (rechte) Schiebenockenelement einen linksseitigen Axialanschlag A von Nockeninnenseite an die Lagerbrücke bei Zylinder 2 aufweist.
Die Schaltstellungen S1 und S2 unterscheiden sich insbesondere von der axialen Position bzw. dem axialen Abstand der zwei Schiebenockenelemente auf der Nockenwelle. Es ist ersichtlich, dass das erste Schiebenockenelement und das zweite Schiebenockenelement in der ersten Schaltstellung S1 einen größeren axialen Abstand als in der zweiten Schaltstellung S2 aufweisen. Mit anderen Worten, durch Verschieben des Verstellelements können die Schiebenockenelemente einmal aufeinander zu oder voneinander wegbewegt werden. Wie oben bereits hinreichend beschrieben, ist dies darauf zurückzuführen, dass die Umkehrkopplungseinrichtung die axiale Bewegungsrichtung zwischen einem Schiebenockenelement und dem Verstellelement hinsichtlich ihrer axialen Richtung ändert.
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 102019107626 A1 [0002, 0007, 0069]
WO 2020193560 A1 [0002, 0007, 0069]
DE 102020210260 A1 [0003, 0007, 0070]

Claims

Schiebenockensystem für eine Brennkraftmaschine mit wenigstens einer Nockenwelle (10) umfassend - eine Trägerwelle (11) mit einem ersten Schiebenockenelement (12a) und mindestens einem zweiten Schiebenockenelement (12b), die verdrehfest, aber axial verschiebbar auf der Trägerwelle (11) aufgenommen sind; - ein axial verschiebbares Verstellelement, welches dazu eingerichtet ist eine axiale Verschiebung des ersten Schiebenockenelementes (12a) auf das zweite Schiebenockenelement (12b) oder ggf. weiteres Schiebenockenelement zu übertragen; - jeweils eine Kopplungseinrichtung (13, 17 oder 100, 101, 102) zwischen dem Verstellelement (16) und dem Schiebenockenelement (12a, 12b) vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine Kopplungseinrichtung als Umkehrkopplungseinrichtung (100, 101, 102) ausgestaltet ist, die dazu eingerichtet ist, das durch die Umkehrkopplungseinrichtung (100, 101, 102) angekoppelte Verstellelement (16) in die axial entgegengesetzte Richtung des Schiebenockenelements (12a)zu verschieben, sowie dass mindestens eine weitere Kopplungseinrichtung (13, 17) dazu eingerichtet ist, das durch die Kopplungseinrichtung (13, 17) angekoppelte Schiebenockenelement (12b) in die axial gleiche Richtung des Verstellelements (16) zu verschieben.
Schiebenockensystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Umkehrkopplungseinrichtung einen drehbar aufgenommenen Umlenkhebel (100), sowie eine schiebenockenelementseitige Anschlusseinrichtung (101) und eine verstellelementseitige Anschlusseinrichtung (102) umfasst, die zum Anschluss des Umlenkhebels (100) an dem Schiebenockenelement (12a) bzw. dem Verstellelement (16) eingerichtet sind.
Schiebenockensystem nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Schiebenockensystem ein Haubenmodul (H) oder einen Zylinderkopf umfasst, wobei die Nockenwelle (10) drehbar in dem Haubenmodul (H) oder dem Zylinderkopf aufgenommen ist.
Schiebenockensystem nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im Haubenmodul (H) ein direkter Aufnahme- bzw. Anordnungsbereich für den Umlenkhebel (100) vorgesehen ist.
Schiebenockensystem nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Anschlusseinrichtung (101) der Umkehrkopplungseinrichtung auf Seiten des Schiebenockenelementes eine umlaufende Nut oder einen radial nach außen gerichteten umlaufenden Bereich bzw. Bund umfasst, in welchen das zugeordnete Ende des Hebelarms des Umlenkhebels (100) eingreifen bzw. umgreifen kann.
Schiebenockensystem nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die radial umlaufende Nut (101) aus dem Schiebenockenelement ausgeformt ist oder als ein separates Bauteilausgestaltet ist, welches mit dem Schiebenockenelement (12a) in Verbindung steht.
Schiebenockensystem nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Anschlusseinrichtung (102) der Umkehrkopplungseinrichtung auf Seiten des Verstellelementes eine gabelförmige Aufnahme umfasst, in welchen das zugeordnete Ende des Hebelarms des Umlenkhebels (100) eingreifen kann, oder dass die Anschlusseinrichtung der Umkehrkopplungseinrichtung auf Seiten des Verstellelementes stangen-, stift- oder pinnförmig ausgestaltet ist.
Schiebenockensystem nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Innenseiten der gabelförmigen Aufnahme (102) mit einer kalottenförmigen Aushöhlung ausgestattet sind.
Schiebenockensystem nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Umlenkhebel (100) eine Achse (103) zur drehbaren Aufnahme des Umlenkhebels umfasst, sowie zwei sich von dieser Achse erstreckende Hebelarme (100a, 100b) aufweist, wobei der erste Hebelarm (100a) mit der schiebenockenelementseitigen Anschlusseinrichtung (101) und der zweite Hebelarm (100b) mit der verstellelementseitigen Anschlusseinrichtung (102) in Wirkverbindung steht.
Schiebenockensystem nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Hebelarme (100a, 100b) gleich lang sind.
Schiebenockensystem nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Ende des Hebelarms (100a, 100b) als gabelförmiger, balligförmiger, knochenförmiger, kugelförmiger, stangenförmiger, stiftförmiger oder pinnförmiger Mittnehmer ausgestaltet ist.
Schiebenockensystem nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Umlenkhebel (100), insbesondere die mit der Anschlusseinrichtung in Kontakt tretende Kontaktfläche, gehärtet und/oder beschichtet ausgestaltet ist.
Schiebenockensystem nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Umlenkhebel (100) drehbar an seiner Achse (103) in einem Halter (104) aufgenommen ist.
Schiebenockensystem nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Umlenkhebel (100) mittig oder außermittig drehbar an einem Halter (104) gelagert ist.
Schiebenockensystem nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Halter (104) auch zur Führung und/oder Positionierung des Verstellelementes (16) eingerichtet ist.
Schiebenockensystem nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Umlenkhebel (100) und der Halter (104) aus unterschiedlichen Materialien bestehen.
Schiebenockensystem nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Halter (104) U-förmig um den Umlenkhebel (100) herumgreift, so dass der Umlenkhebel (100) mit einem in den Halter (104) eingepressten Stift drehbar fixiert werden kann.
Schiebenockensystem nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Halter (104) im Haubenmodul (H) oder der Zylinderkopfhaube als separates Bauteil angebracht ist.
Schiebenockensystem nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Halter (104) unbeweglich im Haubenmodul (H) oder der Zylinderkopfhaube als separates Bauteil kraftschlüssig angebracht oder formschlüssig integriert / eingelegt ist.
Schiebenockensystem nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Halter (104) direkt im Haubenmodul (H) ausgeformt ist.
Schiebenockensystem nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Nockenwellensystem mit einer Antriebseinrichtung ausgestattet ist, umfassend einen Aktuator (30) und eine Schaltkulisse (13).
Schiebenockensystem nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltkulisse (13) als Teil eines Schiebenockenelementes (12a) ausgestaltet ist oder unmittelbar mit einem Schiebenockenelement (12a) verbunden ist.
Schiebenockensystem nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltkulisse (13) als separates Teil auf der Nockenwelle ausgestaltet ist.
Schiebenockensystem nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Umkehrkopplungseinrichtungen (100, 101, 102) pro Nockenwelle vorgesehen sind, insbesondere, dass die Hälfte der Kopplungseinrichtungen einer Nockenwelle als Umkehrkopplungseinrichtungen ausgestaltet sind.
Verfahren zur Betätigung eines Schiebenockensystems gemäß mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass - das erste Schiebenockenelement (12a) in eine axiale Richtung verschoben wird, wobei - das zweite Schiebenockenelement (12b) in die axial entgegengesetzte Richtung verschoben wird.