EP1511921A1 - Zwangsgef hrter ventiltrieb - Google Patents

Zwangsgef hrter ventiltrieb

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Publication number
EP1511921A1
EP1511921A1 EP03756992A EP03756992A EP1511921A1 EP 1511921 A1 EP1511921 A1 EP 1511921A1 EP 03756992 A EP03756992 A EP 03756992A EP 03756992 A EP03756992 A EP 03756992A EP 1511921 A1 EP1511921 A1 EP 1511921A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
axis
cam
axes
rotation
enclosing
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP03756992A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Mario Illien
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Mercedes Benz Group AG
Original Assignee
DaimlerChrysler AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by DaimlerChrysler AG filed Critical DaimlerChrysler AG
Publication of EP1511921A1 publication Critical patent/EP1511921A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01L—CYCLICALLY OPERATING VALVES FOR MACHINES OR ENGINES
    • F01L1/00—Valve-gear or valve arrangements, e.g. lift-valve gear
    • F01L1/46—Component parts, details, or accessories, not provided for in preceding subgroups
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01L—CYCLICALLY OPERATING VALVES FOR MACHINES OR ENGINES
    • F01L1/00—Valve-gear or valve arrangements, e.g. lift-valve gear
    • F01L1/02—Valve drive
    • F01L1/04—Valve drive by means of cams, camshafts, cam discs, eccentrics or the like
    • F01L1/08—Shape of cams
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01L—CYCLICALLY OPERATING VALVES FOR MACHINES OR ENGINES
    • F01L1/00—Valve-gear or valve arrangements, e.g. lift-valve gear
    • F01L1/30—Valve-gear or valve arrangements, e.g. lift-valve gear characterised by the provision of positively opened and closed valves, i.e. desmodromic valves

Definitions

  • the invention relates to a positively driven valve train, in particular for internal combustion engines of motor vehicles, according to the preamble of patent claim 1.
  • a cam element is rotatably arranged in a flexible enclosing element, which in turn is connected to the valve which is movable in a plane perpendicular to the axis of rotation of the cam element.
  • the enclosing element primarily takes over the closing process of the valve.
  • WO 01/12958 AI a generic positively driven valve train, in particular for internal combustion engines of motor vehicles, is already known, which has a driven cam element, a valve actuator displaceable or pivotable by the cam element and a flexible enclosing element.
  • the cam element is rotatably arranged in the enclosing element.
  • the enclosing element is also movably connected to the valve actuator in a plane perpendicular to the axis of rotation of the cam element via a joint.
  • the distance between the closed containment element and the cam surface should be the same size for any cam angle. If this distance varies, for example due to the type of connection, then depending on the position of the enclosing element relative to the cam there are different loop lengths. The extent to which the loop length varies depends directly on the cam contour, the type of valve connection and the resulting distance from the enclosing element to the cam surface.
  • the structure. of the connecting element consisting of two side parts and three axes arranged between them represents the simplest possible construction.
  • the adaptation of the radius of curvature of the connecting element to the smallest positive radius of curvature of the cam element ensures that the connecting element nestles as close as possible to the cam element at this point and thus further reduces the variance of the looping length.
  • FIG. 1 is a perspective view of a first embodiment of a positively driven valve train in an exploded view
  • FIG. 2 shows a top view of a connecting element according to the invention shown in FIG. 1 between a surrounding element and a valve actuator
  • FIG. 3 is a perspective view of an embodiment of one of the axes of the connecting element according to FIG. 1,
  • FIG. 4 shows a cross section of the axis according to FIG. 4
  • Fig. 5 is a schematic diagram of the cam movement
  • Fig. 6 shows a second embodiment of an enclosing element
  • FIG. 7 shows an exploded view of a valve train with a enclosing element according to FIG. 6.
  • valve train 1 has a valve actuator 2 with a valve disk 3 and a valve stem 4. Furthermore, the valve train 1 has a cam element 5, which is provided for actuating the valve actuator 2 and is connected in a conventional manner in a rotationally fixed manner to a camshaft, not shown, of the internal combustion engine.
  • cam element 5 in its end face 6 has a bore 7 through which the camshaft in installed condition.
  • the cam axis of rotation 8 is also defined by the longitudinal axis of the camshaft.
  • the cam element 5 can additionally have one or more recesses 9.
  • the outer contour 10 of the cam element 5 is surrounded by an open, flexible enclosing element 11.
  • the enclosing element 11 is closed by a connecting element 12, which at the same time also establishes the connection to the valve actuator 2.
  • the exact structure of such a connecting element 12 is shown in a plan view in FIG. 2.
  • the connecting element 12 consists of three axes 13-15 and two side parts 16, 17.
  • the outer contour 18 of the two side parts 16, 17 facing the cam element 5 is preferably adapted to the cam contour in such a way that the cam element 5 with the smallest positive radius of curvature of the curvature the side parts 16, 17 nestles as close as possible.
  • the axis 15 serves as an axis of rotation between the enclosing element 11 and the valve actuator 2.
  • This axis of rotation 15 is preferably arranged in the area between the two axes 13, 14 and is at a greater distance from the outer contour 18 with respect to these axes 13, 14.
  • the two axes 13, 14 are each firmly connected to one end of the open enclosing element 11.
  • Both non-positive and positive types of connection between the ends of the enclosing element 11 and the axes 13, 14 are possible.
  • the connecting element 12 functions as a locking buckle of the enclosing element 11.
  • a prerequisite for a functioning system is the possibility of both ends of the enclosing element 11 being wound or unwound around the respective axes 13, 14 of the connecting element 12 by a few angular degrees.
  • the valve actuator 2 is rotatably connected to the axis of rotation 15.
  • the axis of rotation 15 is parallel to the cam rotation Axis 8 arranged so that during rotation of the camshaft, regardless of the position of the cam element 5, the valve stem 4 points in the direction of the camshaft axis.
  • An intermediate part 19 is provided for connection, which is fixedly connected to the valve stem 4 and at the same time is rotatably mounted about the axis of rotation 15. In principle, however, it is also possible for a bearing for the axis of rotation 15 to be arranged directly on the valve stem 4.
  • a guide 20 is arranged on the intermediate part 19 on opposite sides in the direction of the cam rotation axis 8. These guides are guided parallel to the valve stem 4 in rails (not shown) arranged on the rotor side.
  • the valve drive 1 is shown in FIG. 1b without the cam element 5, so that the guidance of the enclosing element 11 in relation to the connecting element 12 can be seen better.
  • the encircling element 11 is carried out with the respective open ends between the outer contour 10 of the cam element 5 and the respective axis 13, 14, the axes 13, 14 being wrapped in opposite directions by the encircling element 11 on the back at least over a partial circumference.
  • the enclosing element 11 is connected in a rotationally fixed manner to the two axes 13, 14, the axes 13, 14 in turn being connected in a rotationally fixed manner to the side parts 16, 17.
  • the enclosing element 11 is wound up or unwound on the respective axis 13, 14.
  • a preferred fastening method of the enclosing element 11 with the axes 13, 14 and with the side parts 16, 17 is described below with reference to FIGS. 3 and 4. From Fig. Lb continues to can see that the intermediate part 19 encloses the axis of rotation 15 at its end facing the cam element 5.
  • FIGS. 1c and 1d The structure of the connecting element 12 can be seen from FIGS. 1c and 1d, the valve actuator 2 including the intermediate part 19 not being shown in FIG. 1c, while the side part 17 is still removed in FIG. 1d. Finally, le shows the enclosing element 11.
  • spring steels with high tensile strength can be used as the enclosing element 11. Due to the high carbon content, however, these are only suitable to a very limited extent for a thermally joined connection between the enclosing element 11 and the connecting element 12.
  • An advantageous solution is a winding technique in which the enclosing element 11 is wound onto the respective axis 13, 14.
  • the axes 13, 14 are provided with a central slot 21 through which the open ends of the enclosing element 11 are guided.
  • the enclosing element 11 is then preferably firmly connected to the respective axis 13, 14 by a thermal joining process, for example soldering, laser or electron beam welding, and is thereby prevented from slipping out.
  • a thermal joining process for example soldering, laser or electron beam welding
  • the axes 13, 14 have a strongly rounded contour 22 on their sides opposite the respective joining point 23 at the entry region of the slot 21, so that kinking of the enclosing element 11 is prevented.
  • the enclosing element 11 is first brought to the necessary length and non-positively connected to the two axes 13, 14. Subsequently, the wrapping element 11 is wound uniformly onto each of the two axes 13, 14 in an assembly tool, not shown. For this purpose, the enclosing element 11 with the two axes 13, 14 attached to it, and the two side parts 16, 17 including the axis of rotation 15 are inserted into the tool. The enclosing element 11 is placed over the cam element 5 or preferably over an equivalent base body.
  • the axes 13, 14 have circular bearing sections 24 which are rotatably guided in corresponding bores in the side parts 16, 17. Furthermore, the axes 13, 14 for the winding-up process have a profiling 25 at least at one axial end, with the aid of which the axes 13, 14 can be rotated relative to the side parts 16, 17.
  • a preferably thermal joining process takes place, by means of which the axes 13, 14 are non-positively connected to the side parts 16, 17. This prevents unwinding or turning back.
  • the enclosing / connecting element 11, 12 thus assembled is pushed directly from the assembly tool onto the cam element 5 or for storage on a mandrel of the same circumference.
  • the number of windings on each of the axes 13, 14 is particularly dependent on the tensile force subsequently introduced in the enclosing element 11, the coefficient of friction on the surface of the enclosing element 11 and its width.
  • a coating in the Range of winding length possible with appropriate layers for example, diamond particles in chemical nickel matrix are used for this.
  • the maximum transmissible force is greatly limited by the thickness of the transmission element 11. However, this is also limited by the otherwise too high rigidity. If a higher force is nevertheless required, this can be achieved by a multi-layer structure.
  • valve movement is explained in more detail below with reference to FIG. 5.
  • the position of the connecting element 12 relative to the cam axis of rotation 8 is shown schematically in different angular positions of the cam element 5.
  • the valve actuator 2 is not shown here.
  • the possible direction of movement of the valve actuator is defined by the imaginary connecting line between the cam rotation axis 8 and the rotation axis 15. This means that the valve actuator and thus also the axis of rotation 15 can only move in the vertical direction along this imaginary connecting line 26.
  • the movement of the cam element 5 is determined by the position of the cam axis of rotation.
  • the cam element 5 Since the encircling element 11 is in turn firmly connected to the connecting element 12 and rests on the outer contour of the cam element 5, the cam element 5 thus rotates relative to the encircling or connecting element 11, 12. If the process is viewed from the perspective of an observer rotating with the cam, the connecting element 12 is pulled through the enclosing element 11 like a slide over the outer contour 10 of the cam element 5.
  • the force for opening the valve is transmitted from the cam element 5 via the side parts 16, 17 and the axis of rotation 15 into the valve stem 4.
  • the closing process takes place in that the cam element 5 pulls on the two axes 13, 14 via the enclosing element 11 and thereby the closing movement via the axis of rotation 15 of the valve stem 4 initiates.
  • the valve stem 4 is then braked shortly before it is placed in the valve seat (not shown), in turn, directly by the cam element via the two side parts 13, 14 and the axis of rotation 15.
  • the maximum valve lift h is thus defined via the different positions of the axis of rotation 15 in a position where the connecting element 12 lies against the base circle of the cam element 5 (on the far left in the drawing) or on the cam tip (on the far right in the drawing).
  • the connecting element 11 conforms to the outer contour 10 of the cam element 5 to different extents due to the curvature of the side parts 16, 17 depending on the position of the cam element 5.
  • the connecting element 12 In the flat area of the cam flank (second figure from the left), the connecting element 12 clings to the outer contour 10 the least, while in the area of the greatest curvature (second figure from the right) the connecting element 12 lies directly against the cam element 5.
  • this device has the advantage that the connecting element simultaneously serves as a closure of the open enclosing element, so that it is possible to manufacture such enclosing elements from finite band material. Furthermore, the reduction in the Variance of the looping length over the cam element created the prerequisites for the establishment of a uniform lubricating gap between the encasing element and the cam element and thus enables improved hydrodynamic lubrication.
  • FIGS. 6 and 7 A second exemplary embodiment of a valve train according to the invention is shown in FIGS. 6 and 7, the same parts being identified with identical reference numbers.
  • the enclosing element (11) has bearing sections 27, 28 at the open ends, which are fastened to the axles 13, 14 when the valve train is installed.
  • the encircling element 11 preferably consists of a polymer drawstring, for example neoprene or polyurethane, with vulcanized-in tensile strands 29.
  • the tensile strands used here are, for example, steel or glass fiber strands or also aramid or Kevlar fibers which are wound in an endlessly helical fashion.
  • the bearing sections 27, 28 serve to introduce the force into the enclosing element 11. These are designed, for example, as steel sleeves, which are wrapped by the tensile strands 29 and subsequently vulcanized. Furthermore, between the bearing sections 27, 28 and the tension cords
  • the use of a polymer drawstring offers the advantage of a high degree of flexibility and an adjustable elongation within specified limits. Due to the extensibility of the polymer drawstring, the variable wrap length can already be partially compensated.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Ventiltrieb einer Brennkraftmaschine mit Zwangssteuerung, wobei der Nocken von einem flexiblen Band umschlungen ist, welches drehbar mit einem Ventilschaft verbunden ist. Erfindungsgemäss erfolgt die Anbindung des Bandes an den Ventilschaft über einen Schlitten, welcher drei parallele Achsen aufweist, wobei zwei der Achsen mit den Enden des Bandes verbunden sind und die dritte Drehachse mit dem Ventilschaft. Vorzugsweise entspricht der Krümmungsradius des Schlittens im Bereich zwischen den beiden Achsen im wesentlichen dem kleinsten positiven Krümmungsradius des Nockens.

Description

Zwangsgeführter Ventiltrieb
Die Erfindung betrifft einen zwangsgeführten Ventiltrieb, insbesondere für Brennkraftmaschinen von Kraftfahrzeugen, gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Zwangsgeführte, sogenannte desmodromische Ventiltriebe sind dadurch gekennzeichnet, dass ein Nockenelement drehbar in einem flexiblen Umschließungselement angeordnet ist, welches wiederum mit dem in einer zur Drehachse des Nockenelementes senkrechten Ebene beweglichen Ventil verbunden ist. Das Umschließungselement übernimmt dabei vorrangig den Schließvorgang des Ventils.
Aus der WO 01/12958 AI ist bereits ein gattungsgemäßer zwangsgeführter Ventiltrieb, insbesondere für Brennkraftmaschinen von Kraftfahrzeugen, bekannt, der ein angetriebenes Nockenelement, ein vom Nockenelement verschieb- oder verschwenkbares Ventilstellglied und ein flexibles Umschließungselement aufweist. In dem Umschließungselement ist das Nockenelement drehbar angeordnet. Das Umschließungselement ist außerdem mit dem Ventilstellglied in einer zur Drehachse des Nockenelementes senkrechten Ebene über ein Gelenk beweglich verbunden.
Grundsätzlich ergeben sich bei einem derartigen Ventiltrieb die folgenden technischen Probleme. Der Abstand zwischen dem geschlossenen Umschließungselement und der Nockenoberfläche sollte bei jedem beliebigen Nockenwinkel gleich groß sein. Variiert dieser Abstand, zum Beispiel auf Grund der Art und Weise der Anbindung, so kommt es je nach Position des Umschließungselementes relativ zum Nocken zu unterschiedlichen Umschlingungslängen. In wie weit die Umschlingungslänge variiert, hängt dabei unmittelbar von der Nockenkontur, der Art der Ventilanbindung und dem sich daraus ergebenden Abstand vom Umschließungselement zur Nockenoberfläche ab.
Ein weiteres Problem stellt die Anbindung des Gelenkes an das Umschließungselement dar. In Abhängigkeit von der gewünschten Übertragungsfunktion des Nockens und der damit zusammenhängenden Ventilhübe und Beschleunigungen kommt es bei je'der Nockenumdrehung zu einer mehr oder weniger stark ausgeprägten Hin- und Herbewegung des Gelenkes, wodurch ein einseitiges Aufrollen um das Gelenk erfolgt. Dieses Aufrollen bedeutet natürlich eine Verkürzung des Umschließungselementes. Dies hat wiederum ein Blockieren des Umschließungselementes auf dem Nocken zur Folge, sobald die Verkürzung größer ist, als dies das zwischen Nocken und Umschließungselement vorhandene Spiel zulässt.
Außerdem wird durch die Rollbewegung eine große Walkarbeit in dem Umschließungselement aufgebracht, was zu einem erhöhten Verschleiß führt.
Es ist daher Aufgabe der Erfindung, einen verbesserten zwangsgeführten Ventiltrieb zu schaffen, mit dem eine Selbsthemmung des Umschließungselementes sicher verhindert werden und gleichzeitig ein teilweiser Längenausgleich des Umschließungselementes in Abhängigkeit von der jeweiligen Position relativ zum Nockenelement gewährleistet werden kann.
Diese Aufgabe wird durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst. Durch den Einsatz eines Verbindungselementes zwischen dem Umschließungselement und dem Ventilstellglied, an dem außer der Drehachse für das Ventilstellglied noch zwei Achsen zur Befestigung des Verbindungselementes mit dem Umschließungselement vorgesehen ist, ist es möglich, offene Umschließungselemente einzusetzen. Weiterhin kann sich im Betrieb das Umschließungselement teilweise auf die Achsen auf- beziehungsweise abwickeln. Dadurch wird eine Selbsthemmung des Ventiltriebes verhindert werden und ein Betrieb mit Umschließungselementen hoher Längenkonstanz wird möglich. Das Auf- beziehungsweise Abwickeln führt auch zu einer Verkleinerung der Varianz der Umschlingungslängen. Dies wiederum ist die Voraussetzung für den Aufbau eines gleichmäßigen Schmierspaltes zwischen dem Umschließungselement und dem Nockenelement und sichert so eine hydrodynamische Schmierung.
Der Aufbau. des Verbindungselementes aus zwei Seitenteilen und drei dazwischen angeordneten Achsen stellt einen möglichst einfachen Aufbau dar.
Durch die Anpassung des Krümmungsradius des Verbindungselementes an den kleinsten positiven Krümmungsradius des Nockenelementes wird gewährleistet, dass sich das Verbindungselement an dieser Stelle möglichst nahe an das Nockenelement anschmiegt und somit die Varianz der Umschlingungslänge weiter reduziert.
Durch das Vorsehen von Schlitzen in den Achsen der Verbindungselemente, durch welche die offenen Enden des Umschließungselementes hindurchgeführt und anschließend fixiert werden, wird eine einfache und effiziente Möglichkeit der Montage realisiert. Das Vorsehen einer abgerundeten Kontur im Eintrittsbereich der Schlitze reduziert den Verschleiß am Umschließungselement .
Durch den Einsatz eines Polymer-Zugbandes mit einvulkanisierten Zugsträngen kann auf Grund der Dehnbarkeit des Umschlie- ßungselementes bereits ein Ausgleich der veränderlichen Umschließungslängen erfolgen.
Weitere Vorteile gehen aus der Beschreibung und den Patentansprüchen hervor. Nachfolgend sind zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung schematisch dargestellt. Dabei zeigen:
Fig. 1 eine perspektivische Darstellung eines ersten Ausführungsbeispieles eines zwangsgeführten Ventiltriebes in einer Explosionsdarstellung,
Fig. 2 eine Draufsicht auf ein in Fig. 1 dargestelltes erfindungsgemäßes Verbindungselement zwischen einem Umschließungselement und einem Ventilstellglied,
Fig. 3 eine perspektivische Darstellung eines Ausführungsbeispieles einer der Achsen des Verbindungselementes gemäß Fig. 1,
Fig. 4 einen Querschnitt der Achse gemäß Fig. 4
Fig. 5 eine Prinzipdarstellung der Nockenbewegung
Fig. 6 ein zweites Ausführungsbeispiel eines Umschließungselementes
Fig. 7 eine Explosionsdarstellung eines Ventiltriebes mit einem Umschließungselement gemäß Fig. 6 zeigt.
In Fig. 1 ist der zwangsgeführte Ventiltrieb insgesamt mit 1 gekennzeichnet. Die Anordnung eines solchen Ventiltriebes 1 in Brennkraftmaschinen ist dem Fachmann allgemein bekannt und wird daher nicht näher beschrieben. Der Ventiltrieb 1 weist ein Ventilstellglied 2 mit einem Ventilteller 3 und einem Ventilschaft 4 auf. Weiterhin weist der Ventiltrieb 1 ein Nockenelement 5 auf, welches zur Betätigung des Ventilstellgliedes 2 vorgesehen und in üblicher Weise drehfest mit einer nicht dargestellten Nockenwelle der Brennkraftmaschine verbunden ist. Hierzu weist das Nockenelement 5 in seiner Stirnfläche 6 eine Bohrung 7 auf, durch welche die Nockenwelle im eingebauten Zustand geführt ist. Durch die Längsachse der Nockenwelle ist gleichzeitig auch die Nockendrehachse 8 definiert. Zur Gewichtseinsparung kann das Nockenelement 5 zusätzlich noch eine oder mehrere Ausnehmungen 9 aufweisen.
Die Außenkontur 10 des Nockenelementes 5 ist von einem offenen, flexiblen Umschließungselement 11 umgeben. Das Umschließungselement 11 wird durch ein Verbindungselement 12 verschlossen, welches gleichzeitig auch die Verbindung zum Ventilstellglied 2 herstellt. Der genaue Aufbau eines solchen Verbindungselementes 12 ist in Fig. 2 in einer Draufsicht gezeigt. Das Verbindungselement 12 besteht aus drei Achsen 13- 15 und zwei Seitenteilen 16, 17. Die dem Nockenelement 5 zugewandte Außenkontur 18 der beiden Seitenteile 16, 17 ist dabei vorzugsweise der Nockenkontur derart angepasst, dass sich das Nockenelement 5 mit dem kleinsten positiven Krümmungsradius der Krümmung der Seitenteile 16, 17 möglichst nahe anschmiegt. Die Achse 15 dient als Drehachse zwischen Umschließungselement 11 und Ventilstellglied 2. Diese Drehachse 15 ist vorzugsweise im Bereich zwischen den beiden Achsen 13, 14 angeordnet und weist bezogen auf diese Achsen 13, 14 einen größeren Abstand von der Außenkontur 18 auf. Die beiden Achsen 13, 14 sind jeweils mit einem Ende des offenen Umschließungselementes 11 fest verbunden. Dabei sind sowohl kraftschlüssige als auch formschlüssige Arten der Verbindung zwischen den Enden des Umschließungselementes 11 und den Achsen 13, 14 möglich. Beispielsweise in Form von Schweißen, Löten, Klemmen, Schrauben oder Umwickeln. Auf diese Art fungiert das Verbindungselement 12 als Verschlussschnalle des Umschließungselementes 11. Voraussetzung für ein funktionierendes System ist dabei die Möglichkeit beider Enden des Umschlie- ßungselementes 11 sich um die jeweilige Achsen 13, 14 des Verbindungselementes 12 um einige Winkelgrade herum- beziehungsweise abzuwickeln.
Das Ventilstellglied 2 ist mit der Drehachse 15 drehbar verbunden. Die Drehachse 15 ist hierbei parallel zur Nockendreh- achse 8 angeordnet, so dass während einer Drehung der Nockenwelle unabhängig von der Stellung des Nockenelementes 5 der Ventilschaft 4 in Richtung der Nockenwellenachse weist. Zur Verbindung ist ein Zwischenteil 19 vorgesehen, welches fest mit dem Ventilschaft 4 verbunden ist und gleichzeitig drehbar um die Drehachse 15 gelagert ist. Prinzipiell ist es jedoch auch möglich, dass direkt am Ventilschaft 4 eine Lagerung für die Drehachse 15 angeordnet ist.
Insbesondere bei Brennkraftmaschinen mit relativ langem Ventilhub kann es notwendig sein, eine zusätzliche Querkraftab- stützung vorzusehen. Hierzu ist in dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1 am Zwischenteil 19 auf in Richtung Nockendrehachse 8 gegenüberliegenden Seiten jeweils eine Führung 20 angeordnet. Diese Führungen sind in otorseitig angeordneten (nicht dargestellt) Schienen parallel zum Ventilschaft 4 geführt .
In Fig. lb ist der Ventiltrieb 1 ohne das Nockenelement 5 dargestellt, so dass die Führung des Umschließungselementes 11 in Bezug auf das Verbindungselement 12 besser zu erkennen ist. Das Umschließungselement 11 ist mit den jeweils offenen Enden zwischen der Außenkontur 10 des Nockenelementes 5 und der jeweiligen Achse 13, 14 durchgeführt, wobei die Achsen 13,14 auf der Rückseite zumindest über einen Teilumfang gegensinnig durch das Umschließungselement 11 umschlungen sind. Das Umschließungselement 11 wird dabei drehfest mit den beiden Achsen 13, 14 verbunden, wobei auch die Achsen 13, 14 wiederum drehfest mit den Seitenteilen 16, 17 verbunden sind. Somit kommt es bei einer relativen Lageänderung zwischen dem Umschließungselement 11 und dem Verbindungselement 12 zu einem Auf- beziehungsweise Abwickeln des Umschließungselementes 11 auf der jeweiligen Achse 13, 14. Eine bevorzugte Befestigungsmethode des Umschließungselementes 11 mit den Achsen 13, 14 und mit den Seitenteilen 16, 17 wird weiter unten anhand der Fig. 3 und 4 beschrieben. Aus Fig. lb ist weiterhin zu entnehmen, dass das Zwischenteil 19 an seinem dem Nockenelement 5 zugewandten Ende die Drehachse 15 umschließt.
Der Aufbau des Verbindungselementes 12 ist aus den Fig. lc und Id zu entnehmen, wobei in Fig. lc zusätzlich das Ventilstellglied 2 einschließlich Zwischenteil 19 nicht dargestellt ist, während in Fig. Id noch das Seitenteil 17 entfernt ist. Fig. le zeigt schließlich das Umschließungselement 11.
Als Umschließungselement 11 können beispielsweise Federstähle mit hoher Zugfestigkeit eingesetzt werden. Diese eigenen sich auf Grund des hohen Kohlenstoffanteils allerdings nur sehr bedingt für eine thermisch gefügte Verbindung zwischen Umschließungselement 11 und Verbindungselement 12. Eine vorteilhafte Lösung ist hier eine Wickeltechnik, bei der das Umschließungselement 11 auf die jeweilige Achse 13, 14 aufgewickelt wird.
Wie in Fig. 3 und 4 dargestellt werden hierzu die Achsen 13, 14 mit einem zentralen Schlitz 21 versehen, durch welchen die offenen Enden des Umschließungselementes 11 hindurch geführt werden. Auf der Gegenseite wird das Umschließungselement 11 dann vorzugsweise durch ein thermisches Fügeverfahren, zum Beispiel Löten, Laser- oder Elektronenstrahlschweißen, mit der jeweiligen Achse 13, 14 fest verbunden und dadurch am Herausrutschen gehindert. Bei dieser Art der Verbindung ist besonders auf eine exakt rechtwinklige Ausrichtung des Umschließungselementes 11 zur jeweiligen Achse 13, 14 zu achten. Weiterhin weisen die Achsen 13, 14 auf ihren der jeweiligen Fügestelle 23 gegenüberliegenden Seiten am Eintrittsbereich des Schlitzes 21 eine stark abgerundete Kontur 22 auf, so dass ein Abknicken des Umschließungselementes 11 verhindert wird.
Bei der Herstellung des Ventiltriebes 11 wird zuerst das Umschließungselement 11 auf die notwendige Länge gebracht und mit den beiden Achsen 13, und 14 kraftschlüssig verbunden. Anschließend erfolgt die gleichmäßige Aufwicklung des Umschließungselementes 11 auf jede der beiden Achsen 13, 14 in einem nicht dargestellten Montagewerkzeug. Hierzu werden das Umschließungselement 11 mit den beiden daran befestigten Achsen 13, 14, sowie die beiden Seitenteile 16, 17 einschließlich Drehachse 15 in das Werkzeug eingelegt. Dabei wird das Umschließungselement 11 über das Nockenelement 5 oder bevorzugt über einen äquivalenten Grundkörper gelegt. Bei der Um- fangsauslegung des Grundkörper ist besonders auf die je nach Stellung des Nockenelementes 5 unterschiedliche Umschließungslänge zu achten und die größte auftretende Umschließungslänge zuzüglich der gewünschten Aufwickellänge als Umfang auszuwählen. Das Aufwickeln selbst erfolgt dann so lange, bis das Umschließungselement 11 gleichmäßig auf dem Grundkörper aufliegt. Für den AufWickelvorgang weisen die Achsen 13, 14 kreisförmige Lagerabschnitte 24 auf, die in korrespondierenden Bohrungen in den Seitenteilen 16, 17 drehbar geführt sind. Weiterhin weisen die Achsen 13, 14 für den Aufwickelvorgang zumindest an einem axialen Ende eine Profilierung 25 auf, mit deren Hilfe die Achsen 13, 14 relativ zu den Seitenteilen 16,17 verdreht werden können. Ist das Umschließungselement 11 in der gewünschten Art und Weise aufgewickelt, so erfolgt ein vorzugsweise thermischer Fügevorgang (zum Beispiel Laserschweißen), durch den die Achsen 13, 14 mit den Seitenteilen 16, 17 kraftschlüssig verbunden werden. Dadurch wird ein Abwickeln beziehungsweise Zurückdrehen verhindert .
Das so montierte Umschließungs-/Verbindungselement 11, 12 wird direkt vom Montagewerkzeug auf das Nockenelement 5 oder zur Lagerung auf einen umfangsgleichen Dorn geschoben. Die Zahl der Wicklungen auf jeder der Achsen 13, 14 ist insbesondere abhängig von der später eingeleiteten Zugkraft im Umschließungselement 11, dem Reibkoeffizienten auf der Oberfläche des Umschließungselementes 11 und dessen Breite. Um den Reibkoeffizienten auf der Oberfläche des Umschließungselementes 11 möglichst hoch einzustellen ist eine Beschichtung im Bereich der Aufwickellänge mit entsprechenden Schichten möglich. Beispielsweise werden hierzu Diamantpartikel in chemischer Nickelmatrix verwendet. Weiterhin ist die maximal übertragbare Kraft durch die Dicke des Übertragungselementes 11 stark begrenzt. Diese ist jedoch ebenfalls durch die ansonsten zu hohe Steifigkeit begrenzt. Wird dennoch eine höhere Kraft benötigt, so kann dies durch einen mehrlagigen Aufbau erreicht werden.
Die Ventilbewegung wird im folgenden anhand Fig. 5 näher erläutert. Hier ist die Position des Verbindungselementes 12 relativ zur Nockendrehachse 8 in unterschiedlichen Winkelstellungen des Nockenelementes 5 schematisch dargestellt. Zur Vereinfachung der Darstellung ist hierbei das Ventilstellglied 2 nicht gezeigt. Die mögliche Bewegungsrichtung des Ventilstellgliedes ist durch die gedachte Verbindungslinie zwischen Nockendrehachse 8 und der Drehachse 15 definiert. Das heißt das Ventilstellglied und damit auch die Drehachse 15 können sich nur in vertikaler Richtung entlang dieser gedachten Verbindungslinie 26 bewegen. Gleichzeitig ist die Bewegung des Nockenelementes 5 durch die Lage der Nockendrehachse bestimmt. Da das Umschließungselement 11 wiederum fest mit dem Verbindungselement 12 verbunden ist und auf der Außenkontur des Nockenelementes 5 aufliegt, dreht sich somit das Nockenelement 5 relativ zum Umschließungs- beziehungsweise Verbindungselement 11, 12. Betrachtet man den Vorgang aus Sicht eines mit dem Nocken umlaufenden Betrachters, so wird das Verbindungselement 12 durch das Umschließungselement 11 wie ein Schlitten über die Außenkontur 10 des Nockenelementes 5 gezogen.
Betrachtet man den Umlauf des Nockenelementes 5, so wird die Kraft zum Öffnen des Ventils vom Nockenelement 5 über die Seitenteile 16, 17 und die Drehachse 15 in den Ventilschaft 4 übertragen. Der Schließvorgang erfolgt, indem das Nockenelement 5 über das Umschließungselement 11 an den beiden Achsen 13, 14 zieht und dadurch via Drehachse 15 die Schließbewegung des Ventilschaftes 4 einleitet. Das Abbremsen des Ventilschaftes 4 kurz vor dem Aufsetzen in den nicht dargestellten Ventilsitz erfolgt dann wiederum direkt durch das Nockenelement über die beiden Seitenteile 13, 14 und die Drehachse 15.
Der maximale Ventilhub h ist somit definiert über die unterschiedlichen Lagen der Drehachse 15 in einer Position, wo das Verbindungselement 12 am Grundkreis des Nockenelementes 5 (in der Zeichnung ganz links) beziehungsweise an der Nockenspitze (in der Zeichnung ganz rechts) anliegt. Gleichzeitig ist zu erkennen, dass sich das Verbindungselement 11 durch die Krümmung der Seitenteile 16, 17 in Abhängigkeit von der Position des Nockenelementes 5 unterschiedlich gut an die Außenkontur 10 des Nockenelementes 5 anschmiegt. Im flachen Bereich der Nockenflanke (zweite Fig. von links) schmiegt sich das Verbindungselement 12 am wenigsten an die Außenkontur 10 an, während im Bereich der größten Krümmung (zweite Fig. von rechts) das Verbindungselement 12 direkt am Nockenelement 5 anliegt. Gleichzeitig ändert sich auch der Neigungswinkel zwischen dem Verbindungselement 12 und dem Ventilschaft 4 beziehungsweise zwischen der Außenkontur 10 des Nockenelementes 5 und des Verbindungselementes 12 im Bereich der Achsen 13, 14. Durch diese Relativdrehung zwischen Verbindungselement 12 und Außenkontur 10 des Nockenelementes 5 wird das Umschließungselement auf die jeweilige Achse 13, 14 auf- beziehungsweise abgerollt. Hierdurch wird trotz Änderung der Umschließungslänge und einer Relativdrehung eine Selbsthemmung des Umschließungselementes 11 verhindert. Das heißt diese Aufbeziehungsweise Abrollbewegung ermöglich erst den Betrieb solcher Ventiltriebe 1 mit Umschließungselementen hoher Längenkonstanz .
Gleichzeitig weist diese Vorrichtung den Vorteil auf, dass das Verbindungselement gleichzeitig als Verschluss des offenen Umschließungselementes dient, so dass eine Herstellung solcher Umschließungselemente aus endlichem Bandmaterial ermöglicht wird. Weiterhin wird durch die Reduzierung in der Varianz der Umschlingungslänge über das Nockenelement die Voraussetzung für den Aufbau eines gleichmäßigen Schmierspaltes zwischen Umschließungselement und Nockenelement geschaffen und somit eine verbesserte hydrodynamische Schmierung ermöglicht.
Ein zweites Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Ventiltriebes zeigen die Fig. 6 und 7, wobei gleiche Teile mit identischen Bezugsziffern gekennzeichnet sind. Abweichend vom ersten Ausführungsbeispiel weist das Umschließungselement (11) hier an den offenen Enden Lagerabschnitte 27, 28 auf, die bei der Montage des Ventiltriebes an den Achsen 13, 14 befestigt werden. Vorzugsweise besteht das Umschließungselement 11 aus einem Polymer-Zugband, beispielsweise Neoprene o- der Polyurethan, mit einvulkanisierten Zugsträngen 29. Als Zugstränge kommen dabei beispielsweise Stahl- oder Glasfaserlitzen oder auch Aramid- oder Kevlarfasern in Betracht, die endlos schraubenförmig gewickelt sind.
Zur Krafteinleitung in das Umschließungselement 11 dienen die Lagerabschnitte 27, 28. Diese werden beispielsweise als Stahlhülsen ausgeführt, welche von den Zugsträngen 29 umwickelt und anschließend einvulkanisiert werden. Weiterhin können zwischen den Lagerabschnitten 27, 28 und den Zugsträngen
29 noch mit Füll- oder Dämpfungsmaterial versehene Bereiche
30 vorgesehen werden. Prinzipiell ist eine geschlossene oder auch eine offene Bauform möglich, wobei in Verbindung mit dem Verbindungselement 12 die offene, endliche Bauform deutliche Vorteile hinsichtlich Herstellung und Montierbarkeit aufweist. Das Band wird hierbei erst bei den Endmontage um das Nockenelement 5 gelegt und durch das Verbindungselement 12 verschlossen. Hierzu werden die Lagerabschnitte 27, 28 jeweils auf eine zugehörige Achse 13, 14 geschoben und anschließend durch Anbringen des zweiten Seitenteiles 17 gegen das Herausrutschen gesichert. Die Schließung erfolgt in der Nockenstellung mit der minimalen Umschließungslänge. Eine Mindestvorspannung des Umschließungselementes 5 muss jedoch auch in dieser Position vorliegen. Das offene Umschließungselement 11 kann jedoch auch mit anderen geeigneten Mitteln mit dem Verbindungselement 12 verbunden werden. Wesentlich ist die Anordnung der Befestigungspunkte (Achsen 13, 14) relativ zur Drehachse 15 am Verbindungselement 12.
Allgemein bietet der Einsatz eines Polymer-Zugbandes den Vorteil einer hohen Flexibilität und einer einstellbaren Dehnung in vorgegeben Grenzen. Auf Grund der Dehnbarkeit des Polymer- Zugbandes kann bereits ein Ausgleich der veränderlichen Umschlingungslänge teilweise erfolgen.

Claims

Patentansprüche
1. Ventiltrieb (1), insbesondere für Brennkraftmaschinen von Kraftfahrzeugen, mit mindestens einem angetriebenen Nockenelement (5) , mit einem von dem Nockenelement (5) verschieb- oder verschwenkbaren Ventilstellglied (2), wobei das Nockenelement (5) drehbar in einem flexiblen Umschließungselement (11) angeordnet ist, mit einem Verbindungselement (12), das eine parallel zu einer Nockendrehachse (8) angeordnete Drehachse (15) aufweist, wobei das Ventilstellglied (2) über die Drehachse (15) drehbar mit dem Umschließurigselement (11) verbunden ist d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass das Verbindungselement (12) zwei weitere, parallel zur Drehachse (15) angeordnete Achsen (13, 14) aufweist, an denen jeweils ein Ende des offen ausgebildeten Umschließungselementes (11) befestigt ist.
2. Ventiltrieb nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass das Verbindungselement (12) aus zwei im wesentlichen flachen, parallel zueinander angeordneten Seitenteilen (16, 17) gebildet ist, die durch die senkrecht zu den Seitenteilen (16, 17) angeordnete Drehachse (15) und die beiden Achsen (13, 14) miteinander verbunden sind.
3. Ventiltrieb nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass der dem Nockelement (5) zugeordnete Krümmungsradius der Seitenteile (16, 17) des Verbindungselementes (12) im wesentlichen dem kleinsten positiven Krümmungsradius des Nockenelements (5) entspricht.
4. Ventiltrieb nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Achsen (13, 14) derart ausgebildet sind, dass sich die Enden des offenen Umschließungselementes (11) auf die jeweilige Achse (13, 14) auf- beziehungsweise abwickeln können.
5. Ventiltrieb nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Drehachse (15) und die Achsen (13, 14) derart am Verbindungselement (12) angeordnet sind, dass im montierten Zustand die Achsen (13, 14) einen geringeren radialen Abstand zur Nockendrehachse (8) aufweisen als die Drehachse (15) .
6. Ventiltrieb nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass das Umschließungselement (11) als endliches metallisches Zugband ausgebildet ist
7. Ventiltrieb nach Anspruch 6, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Achsen (13, 14) jeweils einen Schlitz (21) aufweisen, durch welchen das Umschließungselement (11) durchgeführt und mit der Achse (13, 14) kraftschlüssig verbunden ist.
8. Ventiltrieb nach Anspruch 7, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Achsen (13, 14) im Eintrittsbereich des Schlitzes (21) eine abgerundete Kontur aufweisen.
9. Ventiltrieb nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass das Umschließungselement (11) als Polymer-Zugband mit einvulkanisierten Zugsträngen (29) ausgebildet ist.
10. Ventiltrieb nach Anspruch 9, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass das Umschließungselement (11) an den offenen Enden Lagerabschnitte 27, 28 zur Befestigung an den Achsen (13, 14) des Verbindungselementes (12) aufweist.
11. Ventiltrieb nach Anspruch 10, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass zwischen den Lagerabschnitten (27, 28) und den Zugsträngen (29) mit Füll- oder Dämpfungsmaterial versehene Bereiche (30) vorgesehen sind.
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