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QUERVERWEIS AUF VERWANDTE ANMELDUNGEN
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Diese Anmeldung beansprucht den Vorteil der Priorität der vorläufigen
US-Patentanmeldung Nr. 63/175,604 , eingereicht am 16. April 2021, die durch Bezugnahme in ihrer Gesamtheit hierin aufgenommen ist.
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GEBIET
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Diese Anmeldung betrifft Verzahnungsvorrichtungen, die in einer Vielzahl von Ventiltrieb-Betätigungen einsetzbar sind. Die Verzahnungsvorrichtung kann mit einem schaltbaren Hub konfiguriert sein.
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HINTERGRUND
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Eine Verzahnungsvorrichtung kann mit einem schaltbaren Hub konfiguriert sein, um zwischen Ventilhubprofilen wie Motorbremsung, Zylinderabschaltung und Variationen wie frühes oder spätes Öffnen oder Schließen der Ventile (EIVC, LIVC, EEVO, LEVO usw.) oder Kombinationen, die eine negative Ventilüberlappung (NVO) oder interne Abgasrückführung (iEGR) ermöglichen, umzuschalten. Eine Verzahnungsvorrichtung kann solche Ventilhubprofile durch die Einführung unterschiedlicher Mengen an Totgang implementieren, bei dem ein Teil oder das gesamte Hubprofil absorbiert und nicht auf einen Ventilkopf übertragen wird.
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Der Totgang kann auch einen gewissen Betrag an Spiel einschließen, der von der Verzahnungsvorrichtung zugeführt wird, um Variationen im Spiel des gesamten Ventiltriebs auszugleichen, die beispielsweise durch thermische Aufweitung, thermische Kontraktion oder Verschleiß verursacht werden.
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KURZDARSTELLUNG
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Kipphebelsysteme, Ventiltriebsysteme, Kipphebel und Ventilbetätigungsanordnungen hierin können alternative Verzahnungsmechanismen umfassen, wie diejenigen, die beispielsweise in
WO 2019/133658 ,
WO 2019/036272 ,
US2020/0325803 ,
US2018/0187579 ,
US4227494 ,
US6354265 ,
US6273039 und
US4200081 beschrieben sind, die hierin durch Bezugnahme in ihrer Gesamtheit aufgenommen sind. Die hierin offenbarte Verzahnungsvorrichtung kann in Kipphebelsystemen, Ventiltriebsystemen, Kipphebeln und Ventilbetätigungsanordnungen, wie denen, die in denselben beispielhaften Veröffentlichungen offenbart sind, verwendet werden. Die Verzahnungsvorrichtung hierin, die auch als schaltbare Verzahnungsvorrichtung bezeichnet wird, kann auch in anderen Systemen verwendet werden, in denen schaltbare Mechanismen eingesetzt werden. Somit kann die schaltbare Verzahnungsvorrichtung, wenngleich in einem Kipphebel veranschaulicht, auch in anderen Ventiltriebkomponenten, wie unter anderem Träger und Türme, eingebaut werden.
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Die hierin offenbarten Verfahren und Vorrichtungen verbessern den Stand der Technik durch eine schaltbare Verzahnungsanordnung, die eine Totgangwelle umfasst, wobei die Totgangwelle konfiguriert ist, um ein Hubprofil auf ein Ventilende zu übertragen. Und eine schaltbare Verzahnungsvorrichtung. Die schaltbare Verzahnungsvorrichtung umfasst eine drehbare erste Keilnutbuchse und einen Keilnutkörper. Die erste Keilnutbuchse kann konfiguriert sein, um zwischen einer verriegelten Position und einer entriegelten Position umzuschalten. Ein Totgang kann durch Gleitenlassen der Totgangwelle erhalten werden, wenn sich die erste Keilnutbuchse in der entriegelten Position befindet.
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Eine zweite Keilnutbuchse kann konfiguriert sein, um zwischen einer zweiten verriegelten Position und einer zweiten entriegelten Position umzuschalten.
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Eine Führung kann den Keilnutkörper mit der ersten Keilnutbuchse ausrichten. Eine Führung kann auch den Keilnutkörper mit der ersten Keilnutbuchse und der zweiten Keilnutbuchse ausrichten.
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Eine Schraube zur Spielregulierung kann eingeschlossen werden, um ein Spiel für die Totgangwelle festzulegen.
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Eine Totgangfeder kann konfiguriert sein, um die Totgangwelle in eine vollständig ausgefahrene Position vorzuspannen. Die Totgangfeder kann konfiguriert sein, um während des Totgangs zu kollabieren.
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Ein erster Aktuator kann zum Drehen der ersten Keilnutbuchse zwischen der verriegelten Position und der entriegelten Position konfiguriert sein. Ein zweiter Aktuator kann zum Drehen der zweiten Keilnutbuchse zwischen der zweiten verriegelten Position und der zweiten entriegelten Position konfiguriert sein.
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Alternativ kann eine schaltbare Verzahnungsanordnung eine Totgangwelle umfassen, die eine Achse mit einem oberen Ende und einem unteren Ende umfasst. Am oberen Ende der Totgangwelle kann eine Schraube zur Spielregulierung angeordnet werden. Entlang der axialen Länge der Totgangwelle kann eine Totgangfeder angeordnet werden. Entlang der axialen Länge der Totgangwelle kann eine erste Keilnutbuchse angeordnet werden. Entlang der axialen Länge der Totgangwelle kann eine Führung angeordnet werden. Außerdem kann entlang der axialen Länge der Totgangwelle ein Keilnutkörper angeordnet werden. Die erste Keilnutbuchse kann so positioniert werden, dass sie den Keilnutkörper selektiv aufnimmt oder blockiert. Die Führung kann so konfiguriert sein, dass der Keilnutkörper in Bezug auf die erste Keilnutbuchse ausgerichtet ist. Wenn sich die erste Keilnutbuchse in einer ersten Position zur Aufnahme des Keilnutkörpers befindet, kann die auf die schaltbare Verzahnungsvorrichtung ausgeübte Bewegung von der schaltbaren Verzahnungsvorrichtung absorbiert werden. Wenn sich die erste Keilnutbuchse in einer zweiten Position zur Blockierung des Keilnutkörpers befindet, wird die auf die schaltbare Verzahnungsvorrichtung ausgeübte Bewegung von der schaltbaren Verzahnungsvorrichtung nicht absorbiert.
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Die erste Keilnutbuchse kann eine erste Buchsenbohrung umfassen, die einen Außenumfang der ersten Keilnutbuchse und einen Innenumfang der ersten Keilnutbuchse bildet. Eine erste Aktuator-Schnittstelle kann mindestens auf einem Abschnitt des Außenumfangs der ersten Keilnutbuchse angeordnet sein. Außerdem kann eine erste Keilnutschnittstelle mindestens auf einem Abschnitt des Innenumfangs der ersten Keilnutbuchse angeordnet sein. Die erste Keilnutschnittstelle kann außerdem einen ersten Keilnutindex umfassen.
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Die Führung kann eine Führungsbohrung umfassen, die einen Außenumfang der Führung und einen Innenumfang der Führung bildet. Eine Führungskerbe kann mindestens auf einem Abschnitt des Außenumfangs der Führung angeordnet sein. Außerdem kann eine Führungsschnittstelle mindestens auf einem Abschnitt des Innenumfangs der Führung angeordnet sein. Die Führungsschnittstelle kann ferner einen Führungsindex umfassen.
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Der Keilnutkörper kann eine Keilnutkörperbohrung umfassen, die einen Außenumfang des Keilnutkörpers und einen Innenumfang des Keilnutkörpers bildet. Eine Keilnutkörperschnittstelle kann mindestens auf einem Abschnitt des Außenumfangs des Keilnutkörpers angeordnet sein. Die Keilnutkörperschnittstelle kann ferner einen Keilnutkörperindex umfassen.
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Die erste Keilnutbuchse kann eine erste Buchsenbohrung umfassen, die einen Außenumfang der ersten Keilnutbuchse und einen Innenumfang der ersten Keilnutbuchse bildet. Eine erste Aktuator-Schnittstelle kann mindestens auf einem Abschnitt des Außenumfangs der ersten Keilnutbuchse angeordnet sein. Außerdem kann eine erste Keilnutschnittstelle mindestens auf einem Abschnitt des Innenumfangs der ersten Keilnutbuchse angeordnet sein. Die erste Keilnutschnittstelle kann außerdem einen ersten Keilnutindex umfassen. Die Führung kann eine Führungsbohrung umfassen, die einen Außenumfang der Führung und einen Innenumfang der Führung bildet. Eine Führungskerbe kann mindestens auf einem Abschnitt des Außenumfangs der Führung angeordnet sein. Außerdem kann eine Führungsschnittstelle mindestens auf einem Abschnitt des Innenumfangs der Führung angeordnet sein. Die Führungsschnittstelle kann ferner einen Führungsindex umfassen. Der Keilnutkörper kann eine Keilnutkörperbohrung umfassen, die einen Außenumfang des Keilnutkörpers und einen Innenumfang des Keilnutkörpers bildet. Außerdem kann eine Keilnutkörperschnittstelle mindestens auf einem Abschnitt des Außenumfangs des Keilnutkörpers angeordnet sein. Die Keilnutkörperschnittstelle kann ferner einen Keilnutkörperindex umfassen. Die erste Keilnutschnittstelle kann durch eine Vielzahl von ersten Keilnuten gebildet werden, die entlang der axialen Länge der ersten Keilnutbuchse angeordnet sind. Die Führungsschnittstelle kann durch eine Vielzahl von Führungsnuten gebildet werden, die entlang der axialen Länge der Führung angeordnet sind. Außerdem kann die Keilnutkörperschnittstelle durch eine Vielzahl von Keilnutkörperrillen gebildet werden, die entlang der axialen Länge des Keilnutkörpers angeordnet sind.
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Die Führungsrillen können konfiguriert sein, um die Keilnutkörperrillen auszurichten. Die ersten Keilnutrillen können zur Aufnahme der Keilnutkörperrillen in der ersten Position oder zur Blockierung der Keilnutkörperrillen in der zweiten Position konfiguriert sein.
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Ein Verfahren zum Betreiben einer schaltbaren Verzahnungsvorrichtung kann das Drehen einer ersten Keilnutbuchse in eine entriegelte Position, das Gleitenlassen eines Keilnutkörpers in die erste Keilnutbuchse, so dass sich die erste Keilnutbuchse mit dem Keilnutkörper verflechtet, und das Gleitenlassen des Keilnutkörpers von der ersten Keilnutbuchse weg umfassen, so dass die erste Keilnutbuchse nicht mehr mit dem Keilnutkörper verflochten ist.
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Das Verfahren zum Betreiben einer schaltbaren Verzahnungsvorrichtung kann das Drehen der ersten Keilnutbuchse aus einer entriegelten Position in eine verriegelte Position und das Gleitenlassen des Keilnutkörpers in die erste Keilnutbuchse umfassen, so dass der Keilnutkörper an der ersten Keilnutbuchse anliegt, sich aber nicht verflechtet.
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Das Verfahren zum Betreiben einer schaltbaren Verzahnungsvorrichtung kann das Drehen einer zweiten Keilnutbuchse in eine entriegelte Position und das Gleitenlassen eines Keilnutkörpers in die erste Keilnutbuchse und die zweite Keilnutbuchse umfassen, so dass der Keilnutkörper gleitbar mit mindestens einem Abschnitt der ersten Keilnutbuchse und mindestens einem Abschnitt der zweiten Keilnutbuchse zusammenwirkt.
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Das Verfahren zum Betreiben einer schaltbaren Verzahnungsanordnung kann das Drehen einer zweiten Keilnutbuchse in eine verriegelte Position und das Gleitenlassen des Keilnutkörpers in die zweite Keilnutbuchse umfassen, so dass der Keilnutkörper an der zweiten Keilnutbuchse anliegt, aber nicht innerhalb irgendeines Abschnitts der zweiten Keilnutbuchse gleitet.
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Weitere Aufgaben und Vorteile werden teilweise in der folgenden Beschreibung dargelegt und teilweise aus der Beschreibung ersichtlich sein oder können durch die Ausübung der Offenbarung erlernt werden. Die Aufgaben und Vorteile werden auch mittels der Elemente und Kombinationen umgesetzt und erreicht, die insbesondere in den beiliegenden Ansprüchen dargelegt sind.
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Es versteht sich, dass sowohl die vorstehende allgemeine Beschreibung als auch die folgende ausführliche Beschreibung nur beispielhaft und erläuternd sind und die beanspruchte Erfindung nicht einschränken.
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KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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- 1 und 2 sind eine perspektivische Ansicht und eine Querschnittsansicht einer Verzahnungsvorrichtung.
- 3 ist ein Querschnitt einer ersten Keilnutbuchse.
- 4 ist ein Querschnitt einer Führung.
- 5 ist ein Querschnitt eines Keilnutkörpers.
- 6-8 sind perspektivische Ansichten der relativen Positionierung zwischen einer ersten Keilnutbuchse und einem Keilnutkörper.
- 9 ist eine perspektivische Ansicht einer Verzahnungsvorrichtung mit einem Aktuator.
- 10 ist eine perspektivische Ansicht einer in einem Kipphebel angebrachten Verzahnungsvorrichtung, die in transparenter Form gezeigt wird.
- 11 und 12 sind eine perspektivische Ansicht und eine Querschnittsansicht einer dreistufigen Verzahnungsvorrichtung.
- 13A und 13B sind ein Diagramm und eine Ansicht einer Verzahnungsvorrichtung im Standardhub, Modus mit kurzem Totgang.
- 14A und 14B sind ein Diagramm und eine Ansicht einer Verzahnungsvorrichtung im Motorbremsmodus.
- 15A und 15B sind ein Diagramm und eine Ansicht einer Verzahnungsvorrichtung im Zylinderdeaktivierungsmodus.
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AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
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1 und 2 veranschaulichen eine perspektivische Ansicht bzw. eine Schnittansicht einer schaltbaren Verzahnungsvorrichtung 100. Die Verzahnungsvorrichtung 100 liegt im Allgemeinen entlang einer Achse AA und umfasst eine Totgangwelle 11, eine Spielregulierschraube 12, eine Totgangfeder 13, eine erste Keilnutbuchse 14, eine Führung 15 und einen Keilnutkörper 16. Optional kann die Totgangwelle 11 eine Endaufweitung 17 umfassen, auf der eine optionale Kontaktvorrichtung 18 angebracht ist, beispielsweise ein Pressfuß, Elefantenfuß, Zapfen oder eine ähnliche Vorrichtung, die an einem Ende der Totgangwelle 11 angebracht werden kann und die dann ein Ventil oder eine andere Vorrichtung kontaktieren kann (nicht abgebildet). Die Spielregulierschraube 12 und der Keilnutkörper 16 können über Pressen, Quetschsitz, Gewinde oder andere Befestigungselemente an der Totgangwelle 11 angebracht werden.
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Die Totgangwelle 11 ist zum Übertragen von Bewegung auf ein Ventil konfiguriert und zum Gleitenlassen in einem Totgangmodus konfiguriert. Die erste Keilnutbuchse 14 ist so angeordnet, dass sie entlang mindestens eines Abschnitts der axialen Länge der Totgangwelle 11 entlang der Achse AA gleitet und wird nachstehend näher erläutert. Die Spielregulierschraube 12 und der Keilnutkörper 16 können über Gewinde oder andere Befestigungselemente an der Totgangwelle 11 angebracht werden. Die Spielregulierschraube 12 ermöglicht das Anpassen des Betrags des mechanischen Spiels. Die Totgangfeder 13 ist entlang der axialen Länge der Totgangwelle 11 angeordnet oder anderweitig auf der Totgangwelle 11 aufgesetzt und kann die Bewegung eines Ventilhubereignisses absorbieren, ohne dass das Öffnen eines Ventils bewirkt wird, bis eine Bewegungsgrenze - die beispielsweise auf der Verzahnungsvorrichtung 100 selbst oder innerhalb des Gehäuses der Verzahnungsvorrichtung 100 gebildet wird - erreicht ist. Die Kontaktvorrichtung 18 kann zum Drücken auf einen Ventilschaft, eine Ventilbrücke, einen Kipphebel oder eine andere Ventiltriebkomponente konfiguriert sein.
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3 veranschaulicht eine Draufsicht auf die erste Keilnutbuchse 14. Die erste Keilnutbuchse 14 umfasst einen Ring, der breiter ist als der Keilnutkörper 16, mit einer ersten Buchsenbohrung 31 zur Aufnahme des Keilnutkörpers 16. Die erste Keilnutbuchse 14 ist entlang einer axialen Länge der Totgangwelle 11 gleitbar. Die erste Keilnutbuchse 14 umfasst ferner eine erste Aktuator-Schnittstelle 32, die mindestens auf einem Abschnitt des Außenumfangs der Buchse 14 angeordnet ist, und eine erste Keilnutschnittstelle 33, die mindestens auf einem Abschnitt des Innenumfangs der Buchse 14 angeordnet ist. Die erste Keilnutschnittstelle 33 ist in der Lage, abwechselnd das Gleitenlassen des Keilnutkörpers 16 in mindestens einen Abschnitt der ersten Keilnutbuchse 14 in einer Position zu ermöglichen und das Gleitenlassen des Keilnutkörpers 16 in mindestens einen Abschnitt der ersten Keilnutbuchse 14 in einer anderen Position zu blockieren.
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Die erste Keilnutschnittstelle 33 umfasst Mechanismen, die es der ersten Keilnutbuchse 14 ermöglichen, den Keilnutkörper 16 aufzunehmen oder zu blockieren, und sie umfasst ferner einen Keilnutindex 34, um den Keilnutkörperindex 53 des Keilnutkörpers 16 aufzunehmen, der nachstehend näher erläutert wird. Die erste Keilnutschnittstelle 33, die einen optionalen Keilnutindex 34 einschließt, wird durch eine Vielzahl von ersten Keilnuten 35 gebildet, die sich über die axiale Länge der ersten Keilnutbuchse 14 und parallel zur Totgangwelle 11 erstrecken. In der Draufsicht erscheinen die Rillen 35 als Zähne und Lücken, die den Keilnutkörper 16 ergänzen, um der ersten Keilnutbuchse 14 zu ermöglichen, mindestens einen Abschnitt des Keilnutkörpers 16 aufzunehmen oder zu verhindern, dass die erste Keilnutbuchse 14 mindestens einen Abschnitt des Keilnutkörpers 16 aufnimmt. Während die erste Keilnutbuchse 14 im Allgemeinen in 1, 2 und 3 als zylindrischer Ring gekennzeichnet ist, kann die erste Keilnutbuchse 14 andere Formen annehmen, die so konfiguriert sind, dass sie entlang der Totgangwelle 11 gleitet.
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4 veranschaulicht eine Draufsicht auf die Führung 15. Die Führung 15 umfasst einen winkelförmig befestigten Ring, der breiter ist als der Keilnutkörper 16, mit einer Führungsbohrung 41 zur Aufnahme des Keilnutkörpers 16. Die Führung 15 stellt die Ausrichtung des Keilnutkörpers 16 relativ zur ersten Keilnutbuchse 14 bereit, wodurch eine Winkelverschiebung des Keilnutkörpers 16 verhindert wird. Die Führung 15 umfasst ferner eine Führungskerbe 42 entlang mindestens eines Abschnitts des Außenumfangs der Führung 15 und eine Führungsschnittstelle 43, die mindestens auf einem Abschnitt des Innenumfangs der Führung 15 angeordnet ist.
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Während die Führungskerbe 42 als rechteckiger Vorsprung aus der Führung 15 dargestellt ist, kann die Führungskerbe 42 auch andere Formen oder sogar eine Einkerbung oder Einkerbungen anstelle eines Vorsprungs entlang mindestens eines Abschnitts der Außenoberfläche der Führung 15 umfassen. Die Führungskerbe 42 kann mit einem entsprechenden Schlitz, einer Rille, einer Aussparung, einer Lasche, einem Vorsprung oder einem anderen Merkmal auf einem Kipphebel oder einer anderen Vorrichtung, wie einem Träger oder Turm, in dem die Verzahnungsvorrichtung 100 angebracht ist, zusammenpassen, um eine Drehbewegung der Führung 15 zu verhindern.
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Die Führungsschnittstelle 43 umfasst Mechanismen für die Führung 15, um den Keilnutkörper 16 aufzunehmen, sowie einen Führungsindex 44, um den Keilnutkörper 16 relativ zur ersten Keilnutbuchse 14 auszurichten, wie nachstehend näher erläutert wird. Die Führungsschnittstelle 43, die den Führungsindex 44 einschließt, wird durch eine Vielzahl von Führungsrillen 45 gebildet, die über die axiale Länge der Führung 15 und parallel zur Totgangwelle 11 verlaufen. Aus der Draufsicht erscheinen die Rillen 45 als Zähne und Lücken, die mit dem Keilnutkörper 16 fluchten und es dem Keilnutkörper 16 ermöglichen, mindestens durch einen Abschnitt der Führung 15 zu gleiten oder hindurchzugehen. Während die Führung 15 im Allgemeinen in 1, 2 und 4 als zylindrischer Ring gekennzeichnet ist, kann die Führung 15 auch andere Formen annehmen.
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5 veranschaulicht eine Draufsicht auf den Keilnutkörper 16. Der Keilnutkörper 16 umfasst einen Ring, der schmaler ist als die Keilnutbuchse 14 oder die Führung 15, und umfasst eine Keilnutkörperbohrung 51 zur Aufnahme der Totgangwelle 11. Der Keilnutkörper 16 kann über Gewinde oder andere Befestigungselemente an der Totgangwelle 11 angebracht werden. Der Keilnutkörper 16 umfasst ferner eine Keilnutkörperschnittstelle 52 entlang mindestens eines Abschnitts des Außenumfangs des Rings. In einer Position ermöglicht die Keilnutkörperschnittstelle 52, dass der Keilnutkörper 16 gleitbar mit mindestens einem Abschnitt der ersten Keilnutbuchse 14 zusammenwirkt, und in einer anderen Position ermöglicht die Keilnutkörperschnittstelle 52, dass der Keilnutkörper 16 am Gleiten in die Keilnutbuchse 14 blockiert wird.
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Die Keilnutkörperschnittstelle 52 umfasst Mechanismen zum Gleiten oder Blockiertwerden durch die Keilnutbuchse 14, und umfasst ferner einen Keilnutkörperindex 53 zum Ausrichten des Keilnutkörpers 16 mit dem Führungsindex 44 der Führung 15. Die Keilnutkörperschnittstelle 52, die den Keilnutkörperindex 53 einschließt, wird durch eine Vielzahl von Keilnutkörperrillen 54 gebildet, die entlang der axialen Länge des Keilnutkörpers 16 parallel zur Totgangwelle 11 verlaufen. In der Draufsicht erscheinen die Rillen 54 als Zähne und Lücken, die die erste Keilnutschnittstelle 33 und die Führungsschnittstelle 43 ergänzen. Der Keilnutkörperindex 53 kann eine Lücke oder ein Zahn - oder eine Anordnung von Zähnen und Lücken - sein, der gleitbar mit dem ersten Keilnutindex 34 und dem Führungsindex 44 zusammenwirken kann. In ähnlicher Weise ist der Führungsindex 44 ein komplementäres Gebilde, das gleitbar mit dem Index 53 des Keilnutkörpers zusammenwirken kann. Gleichermaßen ist der erste Keilnutindex 34 ein komplementärer Zahn oder eine komplementäre Lücke bzw. ein Satz von Zähnen und Lücken, der gleitbar mit dem Keilnutkörperindex 53 zusammenwirken kann.
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Während die erste Keilnutbuchse 14, die Führung 15 und der Keilnutkörper 16 im Allgemeinen in 1-5 als zylindrische Ringe dargestellt sind, können die erste Keilnutbuchse 14, die Führung 15 und der Keilnutkörper 16 auch andere Formen annehmen.
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Der Keilnutkörper 16 verbleibt durchgängig innerhalb mindestens eines Abschnitts der Führung 15. Dies ermöglicht es der Führung 15, die Winkelausrichtung des Keilnutkörpers 16 aufrechtzuerhalten. Die Beibehaltung des Keilnutkörpers 16 innerhalb mindestens eines Abschnitts der Führung 15 kann allein oder in Verbindung mit den Indizes 34, 44, 53 verwendet werden, um die Winkelausrichtung des Keilnutkörpers 16 aufrechtzuerhalten.
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Während die erste Keilnutschnittstelle 33, die Führungsschnittstelle 43 und die Keilnutkörperschnittstelle 52 so dargestellt sind, dass sie ineinandergreifende Zähne mit komplementären Abständen umfassen, können auch andere Verriegelungsmechanismen implementiert werden.
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Die Abmessungen des Keilnutkörpers 16 und der ersten Keilnutbuchse 14 lassen es zu, dass die Rillen 35, 45 und 54 es ermöglichen, dass der gesamte Keilnutkörper 16 in die erste Keilnutbuchse 14 gleitet, wodurch das Ausmaß der Bewegungen, die von der Verzahnungsvorrichtung 100 absorbiert werden können, erhöht wird. Die Rillen 35, 45 und 54 führen auch zu einer verbesserten strukturellen Beständigkeit, wodurch die erste Keilnutbuchse 14 und der Keilnutkörper 16 mit einer größeren axialen Länge konstruiert werden können, was wiederum der Verzahnungsvorrichtung 100 ermöglicht, einen größeren Betrag an Totgang zu absorbieren als frühere Verzahnungsvorrichtungen.
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6, 7 und 8 veranschaulichen perspektivische Ansichten der ersten Keilnutbuchse 14 im Zusammenspiel mit dem Keilnutkörper 16. Die Führung 15 ist verdeckt, um die erste Keilnutbuchse 14 und den Keilnutkörper 16 besser zu zeigen. In 6 hat ein Aktuator (nicht gezeigt) die erste Aktuator-Schnittstelle 32 angetrieben, die die erste Keilnutbuchse 14 in eine verriegelte Position dreht. In einer verriegelten Position ist die erste Keilnutbuchse 14 relativ zum Keilnutkörper 16 so ausgerichtet, dass die erste Keilnutschnittstelle 33 mit der Keilnutkörperschnittstelle 52 fluchtet, sodass die erste Keilnutschnittstelle 33 und die Keilnutkörperschnittstelle 52 nicht aneinander vorbeigleiten können. Daher kann die erste Keilnutbuchse 14 in einer verriegelten Position nicht in den Keilnutkörper 16 gleiten. Dies führt zu einem Modus mit kurzem Totgang.
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In 7 hat ein Aktuator (nicht gezeigt) die erste Aktuator-Schnittstelle 32 angetrieben, die die erste Keilnutbuchse 14 in eine entriegelte Position dreht. In einer entriegelten Position ist die erste Keilnutbuchse 14 relativ zum Keilnutkörper 16 so ausgerichtet, dass die erste Keilnutschnittstelle 33 mit der Keilnutkörperschnittstelle 52 fluchtet, sodass die erste Keilnutschnittstelle 33 und die Keilnutkörperschnittstelle 52 aneinander vorbeigleiten können. Daher kann die erste Keilnutbuchse 14 in einer entriegelten Position in den Keilnutkörper 16 gleiten. Dies führt zu einem Modus mit langem Totgang, und der Betrag des absorbierten Totgangs ist im Vergleich zur Verzahnungsvorrichtung 100 im Modus mit kurzem Totgang erhöht.
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In 8 ist die Keilnutbuchse 14 über die erste Aktuator-Schnittstelle 23 in eine entriegelte Position gedreht worden, so dass die erste Keilnutschnittstelle 33 mit der Keilnutkörperschnittstelle 52 ausgerichtet ist und die erste Keilnutbuchse 14 in den Keilnutkörper 16 geglitten ist. In dieser entriegelten Position kann eine Kraft auf die Verzahnungsvorrichtung 100 ausgeübt werden, so dass der Keilnutkörper 16 und die erste Keilnutbuchse 31 der ersten Keilnutbuchse 14 zusammen gleiten. Die Totgangfeder 13 absorbiert mindestens einen Abschnitt der ankommenden Bewegung.
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9 veranschaulicht eine perspektivische Ansicht der Verzahnungsvorrichtung 100 mit einem optionalen Aktuator. Der Aktuator 91 kann hydraulisch, pneumatisch oder elektromagnetisch gesteuert werden. Der Aktuator 91 wiederum treibt die erste Keilnutbuchse 14 im oder gegen den Uhrzeigersinn mit Ritzel und Zahnstange an, wobei auch andere Betätigungsanordnungen verwendet werden können. Der Aktuator 91 umfasst eine Schnittstelle 92, die mit der ersten Aktuator-Schnittstelle 32 der ersten Keilnutbuchse 14 zusammenpasst. Durch die Schnittstelle 92 und die erste Aktuator-Schnittstelle 32 kann der Aktuator 91 die erste Keilnutbuchse 14 drehen, um die erste Keilnutbuchse 14 zwischen einer verriegelten und einer entriegelten Position umzuschalten. Es ist zu beachten, dass eine optionale Unterlegscheibe 93 und eine optionale Unterlegscheibe 94 veranschaulicht sind, die bei der Befestigung der Verzahnungsvorrichtung 100 an einem Kipphebel oder einer anderen Vorrichtung unterstützen. Alternative Aktuatoren, die hiermit kompatibel sind, werden beispielsweise in
WO2021213703 , PCT/
EP2021/025421 ,
WO2021164950 beschrieben, die hiermit durch Bezugnahme in ihrer Gesamtheit aufgenommen sind.
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10 veranschaulicht eine perspektivische Ansicht der an einem Kipphebel angebrachten Verzahnungsvorrichtung 100, die in transparenter Form gezeigt wird. Während diese Offenbarung die Verwendung der Verzahnungsvorrichtung 100 in Verbindung mit einem Kipphebel in Betracht zieht, kann die Verzahnungsvorrichtung 100 oder die Aktuatoranordnung 200, die nachstehend erörtert wird, auch in Verbindung mit Kipphebelsystemen, Ventiltriebsystemen und Ventilbetätigungsanordnungen verwendet werden, wie sie in den vorgenannten Veröffentlichungen offenbart sind, sowie in anderen Systemen, in denen schaltbare Mechanismen eingesetzt werden.
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In 10 sitzt die Verzahnungsvorrichtung 100 in der Verzahnungsvorrichtungsbohrung 1001. Die Bohrung 1001 kann Bewegungsgrenzen umfassen, die sich in Form von Stufen oder Rändern innerhalb des Innenumfangs der Bohrung 1001 bewegen. Die Verzahnungsvorrichtung 100 kann Ventilhubbewegungen absorbieren und verhindern, dass die Ventilbetätigungskraft auf die Ventile übertragen wird, bis die Hubgrenze erreicht ist.
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Die Bohrung 1001 umfasst ferner eine Bohrungsführung 1002, die die Führungskerbe 42 empfängt und eine Winkelbewegung der Führung 15 verhindert. Während die Bohrungsführung 1002 ein Hohlraum ist, der den Vorsprung der Führungskerbe 42 aufnimmt, kann die Bohrungsführung 1002 andere Formen annehmen und selbst ein Vorsprung sein, um mit ihrem Gegenstück, der Führungskerbe 42, zusammenzupassen, die ebenfalls eher einen Hohlraum als einen Vorsprung umfassen kann.
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11 und 12 zeigen perspektivische und Schnittansichten einer alternativen Ausführungsform, einer dreistufigen Verzahnungsvorrichtung 200. Die dreistufige Verzahnungsvorrichtung 200 liegt im Allgemeinen entlang einer Achse BB und umfasst eine Totgangwelle 1101, eine Spielregulierschraube 1102, eine Totgangfeder 1103, eine erste Keilnutbuchse 1104, eine zweite Keilnutbuchse 1105, eine Führung 1106 und einen zweiten Keilnutkörper 1107, wobei die Totgangwelle 1101 in einer optionalen Endaufweitung 1111 endet, auf der optional eine Kontaktvorrichtung 1108 angebracht ist.
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Viele der Komponenten der Verzahnungsvorrichtung 200 entsprechen im Allgemeinen den Komponenten der Verzahnungsvorrichtung 100. Vor allem die erste Keilnutbuchse 1104 entspricht der ersten Keilnutbuchse 14. Die zweite Keilnutbuchse 1105 entspricht der ersten Keilnutbuchse 14, wobei die zweite Keilnutbuchse 1105, wie veranschaulicht, eine reduzierte axiale Länge in Bezug auf die erste Keilnutbuchse 14 und die erste Keilnutbuchse 1104 aufweist. Je nach Herstellungs- und Betriebserfordernissen kann die zweite Keilnutbuchse 1105 jedoch länger oder gleich lang wie die erste Keilnutbuchse 14 oder die erste Keilnutbuchse 1104 entlang der axialen Länge hergestellt werden. Die Führung 1106 entspricht der Führung 15 und der zweite Keilnutkörper 1107 entspricht dem Keilnutkörper 16.
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Die erste Keilnutbuchse 1104 und die zweite Keilnutbuchse 1105 ermöglichen es der Verzahnungsvorrichtung 200, mindestens drei Totgangmodi zu implementieren, die im Folgenden erläutert werden.
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13A ist ein Diagramm und 13B ist eine Veranschaulichung, die beide die Verzahnungsvorrichtung 200 im Standardhub, im Modus mit kurzem Totgang zeigen, wobei die Führung 1106 verdeckt ist. Beim Standardhub, im Modus mit kurzem Totgang, wird die zweite Keilnutbuchse 1105 in eine entriegelte Position gedreht und die erste Keilnutbuchse 1104 wird in eine verriegelte Position gedreht, so dass der zweite Körperabschnitt 1107 in der Lage ist, innerhalb mindestens eines Abschnitts der zweiten Keilnutbuchse 1105 zu gleiten. Im Standardhubmodus, bei dem das abgebildete Nockenprofil 1301 verwendet wird, wird der gesamte auf die Verzahnungsvorrichtung 200 übertragene Hub unterhalb der durch die Linie 1302 angezeigten Größe absorbiert - was der durch den Pfeil 1303 angezeigten Länge entspricht - und nicht auf ein Ventil übertragen. Es wird nur ein Hub der Größe oberhalb der angezeigten Linie 1302 übertragen.
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14A ist ein Diagramm und 14B ist eine Veranschaulichung, die beide die Verzahnungsvorrichtung 200 im Motorbremsmodus zeigen, wobei die Führung 1106 verdeckt ist. Im Motorbremsmodus wird mindestens die zweite Keilnutbuchse 1105 in eine verriegelte Position gedreht und der zweite Keilnutkörper 1107 ist nicht in der Lage, in die erste Keilnutbuchse 1104 oder die zweite Keilnutbuchse 1105 zu gleiten. Im Motorbremsmodus wird bei Verwendung des abgebildeten Nockenprofils 1401 keine Bewegung von der Verzahnungsvorrichtung 200 absorbiert und das volle Nockenprofil wird auf ein Ventil übertragen.
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15A ist ein Diagramm und 15B ist eine Veranschaulichung, die beide die Verzahnungsvorrichtung 200 im Zylinderdeaktivierungsmodus zeigen, wobei die Führung 1106 verdeckt ist. Im Zylinderdeaktivierungsmodus sind sowohl die erste Keilnutbuchse 1104 als auch die zweite Keilnutbuchse 1105 in eine entriegelte Position gedreht worden, und der zweite Keilnutkörper 1107 ist in der Lage, sich sowohl mit der ersten Keilnutbuchse 1104 als auch mit der zweiten Keilnutbuchse 1105 zu verflechten. Im Zylinderdeaktivierungsmodus wird bei Verwendung des abgebildeten Nockenprofils 1501 der maximale Betrag des Hubs - einschließlich des gesamten auf die Totgangwelle 1101 übertragenen Hubs unterhalb der durch die Linie 1502 angezeigten Größe - von der Verzahnungsvorrichtung 200 absorbiert, was der durch Pfeil 1503 angezeigten Länge entspricht, und es wird kein Hub auf ein Ventil übertragen, sodass ein Ventil nicht geöffnet wird.
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Während in den vorstehenden Beschreibungen bisweilen Drehungen der Keilnutbuchsen gegen den Uhrzeigersinn mit dem Entriegeln und Drehungen der Keilnutbuchsen im Uhrzeigersinn mit dem Verriegeln korreliert wurden, ist diese Korrelation nicht definitiv oder einschränkend, und die umgekehrte Korrelation - Drehungen gegen den Uhrzeigersinn entsprechend dem Verriegeln und Drehungen im Uhrzeigersinn entsprechend dem Entriegeln - kann implementiert werden. Ein Keilnutkörper kann auch so konfiguriert sein, dass er mit Uhrzeigersinn verriegelt, während der andere Keilnutkörper so konfiguriert sein kann, dass er gegen den Uhrzeigersinn verriegelt.
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Schaltbare Vorrichtungen ermöglichen eine variable Ventilsteuerung (VVA) an Kipphebeln und anderen Ventiltriebkomponenten wie unter anderem Ventiltürmen, Ventilbrücken, schaltbaren Rollenschlepphebeln. Schaltbare Vorrichtungen können als Drop-in-Kapseln ausgebildet sein oder innerhalb von Bohrungen des Kipphebels oder anderer Ventiltriebkomponente integriert werden. Es ist erwünscht, zwischen Ventilhubprofilen wie Motorbremsung (EB), Zylinderdeaktivierung (CDA) und Variationen wie frühes oder spätes Öffnen oder Schließen der Ventile (EIVC, LIVC, EEVO, LEVO usw.) oder Kombinationen, die eine negative Ventilüberlappung (NVO) oder interne Abgasrückführung (iEGR) ermöglichen, umzuschalten.
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Um zwischen den VVA-Optionen umzuschalten, kann es notwendig sein, eine Vorrichtung für ein Hubprofil zu verriegeln und sie dann für ein anderes Hubprofil zu entriegeln. Es kann ein „Totgang“ vorliegen. Ein „Totgang“ ist dadurch gekennzeichnet, dass ein Teil oder das gesamte Hubprofil absorbiert und nicht auf den Ventilkopf übertragen wird. Im Kontext dieser Anmeldung kann ein „Totgang“ auch einen Betrag an Spiel umfassen. Eine Totgangwelle ist in einer Verzahnungsanordnung eingeschlossen. Die Totgangwelle ist konfiguriert, um ein Hubprofil auf ein Ventilende zu übertragen.
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Sie ist außerdem so konfiguriert, dass sie im Totgang gleiten kann. Ein Teil der Bewegung der Totgangwelle dient dem Zuführen von mechanischem Spiel. Die Verzahnungsvorrichtung kann nun sowohl das Umschalten als schaltbare Vorrichtung als auch das Einstellen des Spiels als mechanischer Spieleinsteller erreichen. Eine separate mechanische Spieleinstellkapsel ist bei der schaltbaren Verzahnungsvorrichtung aufgrund der Integration an der Totgangwelle nicht erforderlich.
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Ein Spiel ist eine Eigenschaft eines Motors. Das Spiel kann durch eine mechanische Spielregulierung wie die offenbarte Totgangwelle zugeführt werden. Durch eine oder mehrere Spielvorrichtungen an jedem Zylinder (gemeinsam genutzt für ein Paar überbrückter Ventile oder eine Spielvorrichtung pro Ventil) werden die durch thermische Dehnung und Verschleiß verursachten Variationen der Spiele des gesamten Ventiltriebs ausgeglichen. Der Benutzer kann eine Spielhöhe festlegen, die eine kontrollierte Lücke bildet. Die Erwärmung im System verkürzt die Lücke. Die Lücke kann so gewählt werden, dass jedes Ventil oder Paar überbrückter Ventile eine unterschiedliche Spieleinstellung, aber dieselbe Lücke hat. Beim Erwärmen kann nun die Aufweitung der Teile die Lücke füllen, ohne dass es zu einer kritischen Verschiebung des Ventilkopfes kommt. Oder, da die Teile verschleißen, vergrößert sich die Lücke für alle Ventile, aber ein Servicetechniker kann das Spiel anpassen und die Lücke zurücksetzen. Somit kann die Spielregulierschraube beim Einbau oder bei der Wartung in Bezug auf die Totgangwelle eingestellt oder ausgetauscht werden, um das Spiel einzustellen. Es kann eine Kopplung mit Gewinde verwendet werden oder eine Press- oder Quetschpassung oder dergleichen. Die Verwendung einer Kapsel- oder Drop-in-Strategie ermöglicht es, die schaltbare Verzahnungsvorrichtung zu entfernen und eine neue Vorrichtung einzubauen, ohne den gesamten Zylinderkopf auszubauen oder zu ersetzen.
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In einem ersten Beispiel umfasst eine schaltbare Verzahnungsvorrichtung zwei Positionen: „verriegelt“ (geringer oder kurzer Totgang und Spiel) und „entriegelt“ (langer Totgang). In beiden Positionen gleitet die Totgangwelle in der Verzahnungsvorrichtung, und ein Teil der gleitenden Bewegung gilt als „Totgang“, weil das Gleiten verhindert, dass die Kraft über den Kipphebel auf das Ventil übertragen wird. Ein drehender Nocken oder ein anderer Aktuator, der normalerweise einen Ventilhub auf ein Ventil überträgt, kann die Kraft weiterhin mit der voreinstellten Kadenz übertragen, aber die Kraft wird in einem Totgang absorbiert. Der Totgang ist erwünscht, weil er auch das gewünschte Spiel bilden kann, wobei das Gleitenlassen der Totgangwelle dem Schließen der kontrollierten Lücke entspricht.
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Derzeitige Totgangvorrichtungen lassen nur wenige Millimeter Totgang zu, während die offenbarte schaltbare Verzahnungsvorrichtung einen größeren Totgang zulässt, da der gesamte Keilnutkörper so ausgelegt werden kann, dass er in die Keilnutbuchse gleitet, wodurch ein langer Totganghub für die Totgangwelle entsteht. Der lange Totganghub ermöglicht es, auch längere Hübe abzufangen, wie das späte Schließen des Einlassventils (LIVC) oder das frühe Öffnen des Auslassventils (EEVO). Die Zylinderdeaktivierung (CDA) kann mit diesen längeren variablen Ventilbetätigungstechniken kombiniert werden.
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Eine Keilnutbuchse kann im Inneren eines Kipphebels mit einer Zahnstange und einem Ritzel oder einer anderen Betätigungsanordnung integriert werden, um die Keilnutbuchse zu drehen. Ein Kolben kann hydraulisch, pneumatisch oder elektromagnetisch gesteuert werden, um sich zwischen zwei Positionen zu bewegen. Der Kolben kann eine Zahnstange umfassen, während die Keilnutbuchse äußere Rillen oder Zähne aufweist, die ein Ritzel bilden, gegen das sich die Zahnstange zum Drehen der Keilnutbuchse bewegt. Die verriegelte Position und die entriegelte Position können durch Bewegen der Zahnstange umgeschaltet werden.
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Im Inneren der Keilnutbuchse kann ein weiterer Satz von Rillen und Zähnen einen äußeren Keilnutkörper um die Totgangwelle bilden. Eine Führung kann auch um die Totgangwelle herum verlaufen. Die Führung kann als verdrehsichernde Vorrichtung verwendet werden und kann auch als Führung für den Keilnutkörper verwendet werden. Der Keilnutkörper kann komplementäre Rillen und Zähne umfassen, die einen inneren Keilnutkörper bilden. Die Zähne des inneren Keilnutkörpers sind so konfiguriert, dass sie in der verriegelten Position gegenüber den Zähnen des äußeren Keilnutkörpers ausgerichtet sind. In der entriegelten Position sind die Zähne des inneren Keilnutkörpers so konfiguriert, dass sie in den Rillen des äußeren Keilnutkörpers gleiten. Der Keilnutkörper kann nach oben in die Keilnutbuchse gleiten und die Totgangwelle kann sich im Totgang und mit einem langen Hub nach oben bewegen. Es wird keine Ventilbetätigungskraft auf das Ventil oder die Ventile übertragen, es sei denn, es wird eine Bewegungsgrenze erreicht und eine Kraft wird über den Kipphebel oder eine andere Ventiltriebkomponente aufgebracht. Bewegungsgrenzen können über Stufen oder Ränder innerhalb der Bohrung oder Kapsel gebildet werden, in der die schaltbare Verzahnungsvorrichtung angebracht ist. Zusätzlich oder alternativ können an der Totgangwelle, der Keilnutbuchse oder dem Keilnutkörper Ränder oder Stufen angebracht werden.
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Eine Totgangfeder kann eingeschlossen sein, um die Totgangwelle in eine vollständig ausgefahrene Position vorzuspannen. Die Totgangfeder kann während des Totgangs kollabieren und kann das Ventilhubprofil absorbieren, ohne dass dabei ein Öffnen des Ventils (überhaupt oder bis zum Erreichen der Bewegungsgrenze) erfolgt.
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In einer zweiten Ausführungsform kann eine dreistufige schaltbare Verzahnungsvorrichtung so konfiguriert werden, dass eine Motorbremsung und eine Zylinderdeaktivierung mit den vorstehend dargelegten Langhubvorteilen bereitgestellt wird.
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Es können ein Standardmodus (kurzer Totgang), eine Motorbremsung (kein Totgang) und eine Zylinderdeaktivierung (langer Totgang) erreicht werden. Diese können mit den Vorteilen des vermittelten mechanischen Spiels kombiniert werden.
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Eine zweite Keilnutbuchse wird hinzugefügt, um den Totganghub der Motorbremsung zu steuern. Die zweite Keilnutbuchse kann ähnlich wie die erste Keilnutbuchse (vorstehend) konfiguriert sein und eine zweite Zahnstange kann zur Steuerung der zweiten Keilnutbuchse hinzugefügt werden. Zur Steuerung der schaltbaren Verzahnungsvorrichtung kann eine „Doppelzahnstangen“-Betätigungsanordnung eingeschlossen werden.
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Weitere Implementierungen werden für Fachpersonen aus der Berücksichtigung der Patentschrift und Ausübung der hier offenbarten Beispiele ersichtlich sein.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- US 63175604 [0001]
- WO 2019133658 [0005]
- WO 2019036272 [0005]
- US 20200325803 [0005]
- US 20180187579 [0005]
- US 4227494 [0005]
- US 6354265 [0005]
- US 6273039 [0005]
- US 4200081 [0005]
- WO 2021213703 [0040]
- EP 2021025421 [0040]
- WO 2021164950 [0040]
