EP2396520A1 - Ventiltriebumschaltvorrichtung - Google Patents

Ventiltriebumschaltvorrichtung

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EP2396520A1
EP2396520A1 EP10702600A EP10702600A EP2396520A1 EP 2396520 A1 EP2396520 A1 EP 2396520A1 EP 10702600 A EP10702600 A EP 10702600A EP 10702600 A EP10702600 A EP 10702600A EP 2396520 A1 EP2396520 A1 EP 2396520A1
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EP
European Patent Office
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switching
switching element
ventiltriebumschaltvorrichtung
armature
freedom
Prior art date
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Application number
EP10702600A
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English (en)
French (fr)
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EP2396520B1 (de
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Jens Meintschel
Thomas Stolk
Alexander Von Gaisberg-Helfenberg
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Mercedes Benz Group AG
Original Assignee
Daimler AG
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Publication date
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Application granted granted Critical
Publication of EP2396520B1 publication Critical patent/EP2396520B1/de
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    • 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
    • F01L13/00—Modifications of valve-gear to facilitate reversing, braking, starting, changing compression ratio, or other specific operations
    • F01L13/0015—Modifications of valve-gear to facilitate reversing, braking, starting, changing compression ratio, or other specific operations for optimising engine performances by modifying valve lift according to various working parameters, e.g. rotational speed, load, torque
    • F01L13/0036—Modifications of valve-gear to facilitate reversing, braking, starting, changing compression ratio, or other specific operations for optimising engine performances by modifying valve lift according to various working parameters, e.g. rotational speed, load, torque the valves being driven by two or more cams with different shape, size or timing or a single cam profiled in axial and radial direction
    • 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
    • F01L1/047—Camshafts
    • F01L1/053—Camshafts overhead type
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
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    • F01L13/0015—Modifications of valve-gear to facilitate reversing, braking, starting, changing compression ratio, or other specific operations for optimising engine performances by modifying valve lift according to various working parameters, e.g. rotational speed, load, torque
    • F01L13/0036—Modifications of valve-gear to facilitate reversing, braking, starting, changing compression ratio, or other specific operations for optimising engine performances by modifying valve lift according to various working parameters, e.g. rotational speed, load, torque the valves being driven by two or more cams with different shape, size or timing or a single cam profiled in axial and radial direction
    • F01L2013/0052—Modifications of valve-gear to facilitate reversing, braking, starting, changing compression ratio, or other specific operations for optimising engine performances by modifying valve lift according to various working parameters, e.g. rotational speed, load, torque the valves being driven by two or more cams with different shape, size or timing or a single cam profiled in axial and radial direction with cams provided on an axially slidable sleeve

Definitions

  • the invention relates to a valve train switching device according to the preamble of claim 1.
  • valve train switching devices for switching a valve train with at least one switching armature element, which is provided for a switching movement, and with a switching element, which is provided for coupling with a shift gate of a cam member known.
  • the invention is in particular the object to optimize a triggered by the valve train switching device switching operation. It is achieved according to the invention by the features of claim 1. Further embodiments emerge from the subclaims.
  • the invention relates to a valve train switching device, in particular an internal combustion engine, for switching a valve train with at least one switching armature element, which is provided for a switching movement, and with a switching element, which is provided for a coupling with a shift gate of a cam member
  • the valve train switching device has a coupling unit, which is provided to couple the switching armature element and the switching element in at least one degree of freedom to each other.
  • a coupling unit which is provided to couple the switching armature element and the switching element in at least one degree of freedom to each other.
  • the switching element is at least partially formed as a sliding shoe.
  • the switching element can be coupled particularly advantageous to the shift gate.
  • the switching armature element is at least partially designed as a switching pin.
  • the switching element can be coupled in a particularly simple manner to the switching movement of the switching armature.
  • the coupling unit is provided for at least one degree of freedom designed as a rotary movement.
  • the at least one degree of freedom is formed as a rotational movement about an axis of rotation along a main extension direction of the switching armature element.
  • the switching element in its orientation can be adapted particularly advantageously to a course of the slide track and follow the course of a shift curve of the slide track particularly easy.
  • the rotational movement is formed as a free rotational movement, in which a possible angle of rotation is 360 ° and thus a free rotational movement is possible. In principle, however, the rotational movement can also be limited.
  • the at least one degree of freedom is formed as a rotational movement about an axis of rotation along a main extension direction of the switching element.
  • this rotational movement is designed as a limited rotational movement, i. a rotational movement whose possible angle is limited to an angular range less than 360 °.
  • the at least one degree of freedom is embodied as a rotational movement about an axis of rotation perpendicular to a main extension direction of the switching armature element and / or perpendicular to a main extension direction of the switching element.
  • This can be particularly advantageous a height gradient of the slide track be compensated.
  • this rotational movement is formed as a limited rotational movement.
  • the coupling unit comprises a ball head and a recess corresponding to the ball head.
  • the coupling unit can be structurally particularly simple.
  • a coupling unit can thereby be provided which only has degrees of freedom which are designed as rotary movements.
  • the ball head is arranged at one end of the switching armature element. This allows a particularly simple design of the coupling unit can be achieved.
  • the recess is formed at least partially within the switching element.
  • a guide of the switching element can be provided in a particularly simple manner.
  • an additional space can be saved by the configuration of the recess formed as a receptacle for the ball head within the switching element.
  • “inside the switching element” is to be understood in particular spatially between functional surfaces of the switching element.
  • the coupling unit is provided for a positive coupling.
  • a coupling between the switching armature element and the switching element can be provided, which is particularly easy to assemble and which has a high load capacity.
  • the switching element is formed rotationally asymmetric. This allows an advantageous guidance of the switching element can be achieved by means of the shift gate.
  • the term "rotationally asymmetric" should be understood to mean in particular at least partially elliptical.
  • the switching element has a slot which is provided to provide a spring means for a positive connection between the switching armature element and the switching element.
  • a particularly simple spring means for producing a mounting-friendly form-fitting connection can be provided, since thereby the coupling unit can be provided for a snap connection.
  • other spring means for producing a ner snap connection between the switching element and the switching armature conceivable.
  • a sleeve inserted into the switching element can be provided to provide a spring means.
  • the switching element has a side surface which is at least partially formed as at least one functional surface and which is intended to correspond with at least one edge of a slide track of the shift gate.
  • a wandering contact point between the functional surface and the flank of the slide track can be realized, whereby a tolerance to angular errors of components of the valve train switching device can be increased.
  • this can be effectively and structurally simple wear of the switching element and the slide track can be reduced.
  • a "functional surface” is to be understood as meaning, in particular, a region on the side surface of the switching element for functional coupling with the shifting gate.
  • FIG. 1 is a plan view of a valve train switching device with axially displaceable cam elements
  • Fig. 5 is a plan view of the switching armature element and the switching element and
  • Fig. 6 the switching element in a switched state.
  • FIG. 1 shows a valve train switching device for an internal combustion engine.
  • the valve drive switching device has at least one cam element 13 which moves axially. bar and rotatably connected to a fundamental wave 30. Furthermore, the valve train switching device has an actuating device 31, by means of which a switching force for displacing the at least one cam element 13 is provided.
  • the actuating device 31 has a switching unit 32 with at least one actuation actuator 33 and with a shift gate 12 with at least one slide track 29.
  • the actuating actuator 33 comprises a switching armature element 10 and a switching element 11. In a switching position in which the switching armature element 10 is extended, the switching element 11 engages in the switching gate 12, whereby a rotational movement of the cam element 13 is provided in the axially acting switching force. In a neutral position, the switching element 1 1 is withdrawn from the shift gate 12.
  • a second, unspecified Betchanistsaktuator for engaging in a second slide track is designed analogously.
  • the actuating actuator 33 has a solenoid unit 34 with a stator unit 35 and an armature unit 36.
  • the stator unit 35 comprises a coil 37 and a coil core 38, by means of which a coil magnetic field which can be generated by the coil 37 is amplified.
  • the armature unit 36 comprises a permanent magnet 39, which is fixedly connected to the switching armature element 10. By means of the coil 37 and the permanent magnet 39, an actuating force is provided for switching the switching armature element 10, which acts along a main extension direction 15 of the switching armature element 10.
  • the switching armature element 10 is movably mounted along its main extension direction 15.
  • the switching armature element 10 of the Betreli Trentsaktuators 33 is partially formed as a switching pin 40.
  • the switching element 11 of the Betreliriensaktuators 33 is formed as a sliding shoe (see Figure 2). Trained as a sliding shoe switching element 11 is made in one piece and is in the switching position in engagement with the slide track 29.
  • the shift pin 40 is mounted in an actuator housing 41 of the Bettechnik Trentsaktuators 33. It is guided through the actuator housing 41.
  • the permanent magnet 39 interacts with the surrounding material.
  • the permanent magnet 39 interacts in particular with the coil core 38 of the electromagnet unit 34, which consists of a magnetizable material.
  • the permanent magnet 39 interacts in particular with the actuator housing 41 of the actuating actuator 33.
  • the permanent magnet 39 stabilizes the switching element 11 in the switching mode.
  • the Betrucistsaktuator 33 is designed as a bistable system, which tends in a de-energized state of the switching position or the neutral position.
  • the permanent magnetic field of the permanent magnet 39 interacts with the coil magnetic field of the coil 37.
  • an attractive force and a repulsive force can be realized.
  • a polarization of the solenoid unit 34 can be adjusted by means of a current direction, with which the coil 37 is energized.
  • the coil 37 is energized in the current direction, for which a repulsive force acts between the electromagnet unit 34 and the permanent magnet 39.
  • the slide track 29 on an axial and a radial direction component. If the actuating actuator 33 is in the switching position, a rotational movement of the cam element 13 acts as the axially acting force by means of which the cam element 13 is displaced by the axial direction component of the guide track 29.
  • the slide track 29 on a Ausspursegment 42 in which a groove bottom 43 of the slide track 29 rises to a base circle level.
  • the Ausspursegment 42 acts on the Betrelirsaktuator 33, a force which moves the switching armature element 10 in its neutral position.
  • the switching armature element 10 strives in a first phase by an interaction between the permanent magnet 39 and the actuator 41 to the switching position. In a second phase, the switching armature element 10 releases from the groove base 43 and strives for the neutral position by the interaction between the permanent magnet 39 and the spool core 38. The switching armature element 10 is moved by the interaction between the permanent magnet 39 and the spool core 38 in the second phase, regardless of the rotational movement of the cam member 13 in its neutral position.
  • the switching armature element 10 and the switching element 11 are coupled to one another in a movable manner by means of a coupling unit 14.
  • the coupling unit 14 comprises a ball head 19 arranged at one end 21 of the switching armature element 10 and a recess 20 corresponding to the ball head 19, which is arranged in the switching element 11 (see FIG.
  • the switching armature element 10 and the ball head 19 are made in one piece. In an assembled state, the switching armature element 10 and the switching element 11 are positively connected to one another by means of the ball head 19 and the corresponding recess 20.
  • the recess 20 of the switching element 11 receives the ball head 19 in itself.
  • the switching armature element 10 and the switching element 11 are movably coupled to each other in three degrees of freedom.
  • the three degrees of freedom are formed as mutually independent rotational movements between the switching armature element 10 and the switching element 11.
  • Rotary axes 16, 18, 44 for all three degrees of freedom are defined by means of the ball head 19 and the recess 20.
  • the three axes of rotation 16, 18, 44 have a common point of intersection 45.
  • the three axes of rotation 16, 18, 44 are aligned perpendicular to each other (see Figure 6).
  • the axis of rotation 16 for the rotational movement of the first degree of freedom runs along the main extension direction 15 of the switching armature element 10.
  • the switching element 11 can rotate freely at an angle of 360 ° about the pivot axis 16 formed as the main extension direction 15 of the switching armature element 10.
  • the rotational movement of the first degree of freedom can be limited by means of a guide element to a defined angular range, such as, for example, to an angle range adapted to the slide track 29.
  • the rotational axis 18 for the rotational movement of the second degree of freedom runs along a main extension direction 17 of the switching element 11 (see FIG. The rotational movement about the axis of rotation 18 is limited.
  • the rotational axis 44 for the rotational movement of the third degree of freedom runs perpendicular to the main extension direction 17 of the switching element 11 and perpendicular to the main extension direction 15 of the switching armature element 10.
  • the rotational movement about the axis of rotation 44 is also limited.
  • the coupling unit 14 has a spring means 23, by means of which the ball head 19 corresponding recess 20 can be widened to introduce the ball head 19 in the recess 20.
  • the spring means 23 is formed integrally with the switching element 11.
  • the switching element 11 has a slot 22 applied along the main extension direction 17 of the switching element 11.
  • the slot 22 is centered in the switching element 11. He passes through the switching element 11 to a substantial part.
  • two halves 47, 48 of the switching element 11 are separated from each other by the slot 22.
  • a front region 49 the two halves 47, 48 connected by the integral formation of the switching element 1 1 with each other.
  • the slot 22 expands for a short period of time, while the ball head 19 is pressed into the recess 20.
  • the slot 22 and with it the halves 47, 48 of the shoe formed as a shift element 11 is pressed apart and the ball head 19 engages in the recess 20 a.
  • the halves 47, 48 of the switching element 11 snap back into their starting position. Slipping out of the ball head 19 from the recess 20 is prevented by the spring means 23 which is formed by means of the slot 22.
  • the switching element 11 embodied as a sliding shoe has a rotationally asymmetrical basic shape 50 (cf., FIG. 5).
  • the rotationally asymmetric basic shape 50 of the sliding element designed as a sliding element 11 has two functional surfaces 25, 26, which are formed as parts of a side surface 24 of the switching element 11.
  • the functional surfaces 25, 26 are provided for engagement in the slide track 29.
  • the functional surfaces 25, 26 are formed as contact surfaces between the switching element 11 and flanks 27, 28 of the slide track 29.
  • the functional surfaces 25, 26 correspond to the flanks 27, 28 of the slide track 29.
  • a curvature of the functional surfaces 25, 26 is greater than a maximum curvature of the guide track 29.
  • a contact point 51 in contact with the corresponding flank 27 of the guide track 29 is defined by the contact between the functional surface 25, 26 with the associated flank 27, 28 , Depending on an angle degree of the guide track 29, a relative position of the contact point 51 moves in relation to the switching element 11 or to the functional surfaces 25, 26 of the switching element 11.

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Abstract

Die Erfindung geht aus von einer Ventiltriebumschaltvorrichtung, insbesondere einer Brennkraftmaschine, zur Schaltung eines Ventiltriebs mit zumindest einem Schaltankerelement (10), das für eine Schaltbewegung vorgesehen ist, und mit einem Schaltelement (11), das für eine Kopplung mit einer Schaltkulisse (12) eines Nockenelements (13) vorgesehen ist. Es wird vorgeschlagen, dass die Ventiltriebumschaltvorrichtung eine Koppeleinheit (14) aufweist, die dazu vorgesehen ist, das Schaltankerelement (10) und das Schaltelement (11) in zumindest einem Freiheitsgrad beweglich zueinander zu koppeln.

Description

Ventiltriebumschaltvorrichtung
Die Erfindung betrifft eine Ventiltriebumschaltvorrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Es sind bereits Ventiltriebumschaltvorrichtungen, insbesondere für Brennkraftmaschinen, zur Schaltung eines Ventiltriebs mit zumindest einem Schaltankerelement, das für eine Schaltbewegung vorgesehen ist, und mit einem Schaltelement, das für eine Kopplung mit einer Schaltkulisse eines Nockenelements vorgesehen ist, bekannt.
Der Erfindung liegt insbesondere die Aufgabe zugrunde, einen durch die Ventiltriebumschaltvorrichtung ausgelösten Schaltvorgang zu optimieren. Sie wird gemäß der Erfindung durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Weitere Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Die Erfindung geht aus von einer Ventiltriebumschaltvorrichtung, insbesondere einer Brennkraftmaschine, zur Schaltung eines Ventiltriebs mit zumindest einem Schaltankerelement, das für eine Schaltbewegung vorgesehen ist, und mit einem Schaltelement, das für eine Kopplung mit einer Schaltkulisse eines Nockenelements vorgesehen ist
Es wird vorgeschlagen, dass die Ventiltriebumschaltvorrichtung eine Koppeleinheit aufweist, die dazu vorgesehen ist, das Schaltankerelement und das Schaltelement in zumindest einem Freiheitsgrad beweglich zueinander zu koppeln. Dadurch kann eine vorteilhafte Führung des Schaltelements erreicht werden, wodurch ein mittels der Ventiltriebumschaltvorrichtung durchgeführter Schaltvorgang besonders einfach optimiert werden kann. Unter einem „Freiheitsgrad" soll insbesondere ein Bewegungsparameter eines Systems verstanden werden, der von weiteren Parametern unabhängig ist, wie beispielsweise eine Linearbewegung und/oder eine Drehbewegung. Vorzugsweise weist die Koppel- einheit zumindest zwei Freiheitsgrade und besonders bevorzugt zumindest drei Freiheitsgrade auf.
Vorzugsweise ist das Schaltelement zumindest teilweise als ein Gleitschuh ausgebildet. Dadurch kann das Schaltelement besonders vorteilhaft an die Schaltkulisse gekoppelt werden.
Weiter wird vorgeschlagen, dass das Schaltankerelement zumindest teilweise als ein Schaltpin ausgebildet ist. Dadurch kann das Schaltelement besonders einfach an die Schaltbewegung des Schaltankers gekoppelt werden.
Ferner wird vorgeschlagen, dass die Koppeleinheit für zumindest einen als Drehbewegung ausgebildeten Freiheitsgrad vorgesehen ist. Dadurch kann eine besonders einfache und vorteilhafte Kopplung zwischen dem Schaltelement und dem Schaltankerelement erreicht werden.
Ferner wird vorgeschlagen, dass der zumindest eine Freiheitsgrad als eine Drehbewegung um eine Drehachse entlang einer Haupterstreckungsrichtung des Schaltankerelements ausgebildet ist. Dadurch kann sich das Schaltelement in seiner Ausrichtung besonders vorteilhaft an einen Verlauf der Kulissenbahn anpassen und dem Verlauf einer Verschiebekurve der Kulissenbahn besonders einfach folgen. Vorzugsweise ist die Drehbewegung als eine freie Drehbewegung ausgebildet, bei der ein möglicher Winkel der Drehbewegung 360° beträgt und somit eine freie Rotationsbewegung möglich ist. Grundsätzlich kann die Drehbewegung aber auch beschränkt sein.
Weiter wird vorgeschlagen, dass der zumindest eine Freiheitsgrad als eine Drehbewegung um eine Drehachse entlang einer Haupterstreckungsrichtung des Schaltelements ausgebildet ist. Dadurch kann ein seitliches Verkippen des Schaltelements effektiv kompensiert werden. Vorteilhafterweise ist diese Drehbewegung als eine beschränkte Drehbewegung ausgebildet, d.h. eine Drehbewegung, deren möglicher Winkel auf einen Winkelbereich kleiner 360° beschränkt ist.
Ferner wird vorgeschlagen, dass der zumindest eine Freiheitsgrad als eine Drehbewegung um eine Drehachse senkrecht zu einer Haupterstreckungsrichtung des Schaltankerelements und/oder senkrecht zu einer Haupterstreckungsrichtung des Schaltelements ausgebildet ist. Dadurch kann besonders vorteilhaft ein Höhenverlauf der Kulissenbahn kompensiert werden. Vorzugsweise ist auch diese Drehbewegung als eine beschränkte Drehbewegung ausgebildet.
Ferner wird vorgeschlagen, dass die Koppeleinheit einen Kugelkopf und eine zu dem Kugelkopf korrespondierende Ausnehmung umfasst. Dadurch kann die Koppeleinheit konstruktiv besonders einfach ausgeführt werden. Insbesondere kann dadurch eine Koppeleinheit bereitgestellt werden, die lediglich Freiheitsgrade aufweist, die als Drehbewegungen ausgebildet sind.
Weiter wird vorgeschlagen, dass der Kugelkopf an einem Ende des Schaltankerelements angeordnet ist. Dadurch kann eine besonders einfache Ausbildung der Koppeleinheit erreicht werden.
Ferner wird vorgeschlagen, dass die Ausnehmung zumindest teilweise innerhalb des Schaltelements ausgebildet ist. Dadurch kann besonders einfach eine Führung des Schaltelements bereitgestellt werden. Außerdem kann durch die Ausgestaltung der als Aufnahme für den Kugelkopf ausgebildeten Ausnehmung innerhalb des Schaltelements ein zusätzlicher Bauraum eingespart werden. Unter „innerhalb des Schaltelements" soll dabei insbesondere räumlich zwischen Funktionsflächen des Schaltelements verstanden werden.
Vorzugsweise ist die Koppeleinheit für eine formschlüssige Kopplung vorgesehen. Dadurch kann eine Kopplung zwischen dem Schaltankerelement und dem Schaltelement bereitgestellt werden, die besonders einfach zu montieren ist und die eine hohe Belastbarkeit aufweist.
Weiter wird vorgeschlagen, dass das Schaltelement rotationsasymmetrisch ausgebildet ist. Dadurch kann eine vorteilhafte Führung des Schaltelements mittels der Schaltkulisse erreicht werden. Unter „rotationsasymmetrisch" soll dabei insbesondere zumindest teilweise ellipsenförmig verstanden werden.
Ferner wird vorgeschlagen, dass das Schaltelement einen Schlitz aufweist, der dazu vorgesehen ist, ein Federmittel für eine formschlüssige Verbindung zwischen dem Schaltankerelement und dem Schaltelement bereitzustellen. Dadurch kann ein besonders einfaches Federmittel zur Herstellung einer montagefreundlichen formschlüssigen Verbindung bereitgestellt werden, da dadurch die Koppeleinheit für eine Schnappverbindung vorgesehen werden kann. Grundsätzlich sind aber auch andere Federmittel zur Herstellung ei- ner Schnappverbindung zwischen dem Schaltelement und dem Schaltankerelement denkbar. Beispielsweise kann auch eine in das Schaltelement eingesetzte Hülse zur Bereitstellung eines Federmittels vorgesehen werden.
Außerdem wird vorgeschlagen, dass das Schaltelement eine Seitenfläche aufweist, die zumindest teilweise als zumindest eine Funktionsfläche ausgebildet ist und die dazu vorgesehen ist, mit zumindest einer Flanke einer Kulissenbahn der Schaltkulisse zu korrespondieren. Dadurch kann ein wandernder Berührpunkt zwischen Funktionsfläche und Flanke der Kulissenbahn realisiert werden, wodurch eine Toleranz gegenüber Winkelfehlern von Bauteilen der Ventiltriebumschaltvorrichtung erhöht werden kann. Insbesondere kann dadurch effektiv und konstruktiv einfach ein Verschleiß des Schaltelements und der Kulissenbahn reduziert werden. Unter einer „Funktionsfläche" soll insbesondere ein Bereich an der Seitenfläche des Schaltelements zur funktionellen Kopplung mit der Schaltkulisse verstanden. Unter „korrespondierend" soll insbesondere verstanden werden, dass eine Krümmung der Funktionsfläche an eine Krümmung der Flanke der Kulissenbahn an- gepasst ist.
Weitere Vorteile ergeben sich aus der folgenden Zeichnungsbeschreibung. In den Zeichnungen ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Die Zeichnungen, die Beschreibung und die Ansprüche enthalten zahlreiche Merkmale in Kombination. Der Fachmann wird die Merkmale zweckmäßigerweise auch einzeln betrachten und zu sinnvollen weiteren Kombinationen zusammenfassen.
Dabei zeigen:
Fig. 1 eine Aufsicht auf eine Ventiltriebumschaltvorrichtung mit axial verschiebbaren Nockenelementen,
Fig. 2 einen Betätigungsaktuator der Ventiltriebumschaltung,
Fig. 3 ein Schaltankerelement und ein Schaltelement des Betätigungsaktuators in einem demontierten Zustand,
Fig. 4 das Schaltankerelement und das Schaltelement in einem montierten Zustand,
Fig. 5 eine Aufsicht auf das Schaltankerelement und das Schaltelement und
Fig. 6 das Schaltelement in einem geschalteten Zustand.
Figur 1 zeigt eine Ventiltriebumschaltvorrichtung für eine Brennkraftmaschine. Die Ventiltriebumschaltvorrichtung weist zumindest ein Nockenelement 13 auf, das axial verschieb- bar und drehfest mit einer Grundwelle 30 verbunden ist. Weiter weist die Ventiltriebum- schaltvorrichtung eine Betätigungsvorrichtung 31 auf, mittels der eine Schaltkraft zum Verschieben des zumindest einen Nockenelements 13 bereitgestellt wird.
Die Betätigungsvorrichtung 31 weist eine Schalteinheit 32 mit zumindest einem Betäti- gungsaktuator 33 und mit einer Schaltkulisse 12 mit zumindest einer Kulissenbahn 29 auf. Der Betätigungsaktuator 33 umfasst ein Schaltankerelement 10 sowie ein Schaltelement 11. In einer Schaltstellung, in der das Schaltankerelement 10 ausgefahren ist, greift das Schaltelement 11 in die Schaltkulisse 12 ein, wodurch eine Drehbewegung des Nockenelements 13 in die axial wirkende Schaltkraft bereitgestellt wird. In einer Neutralstellung ist das Schaltelement 1 1 aus der Schaltkulisse 12 zurückgezogen. Ein zweiter, nicht näher bezeichneter Betätigungsaktuator zum Eingriff in eine zweite Kulissenbahn ist analog ausgestaltet.
Der Betätigungsaktuator 33 weist eine Elektromagneteinheit 34 mit einer Statoreinheit 35 und einer Ankereinheit 36 auf. Die Statoreinheit 35 umfasst eine Spule 37 und einen Spulenkern 38, mittels dem ein durch die Spule 37 erzeugbares Spulenmagnetfeld verstärkt wird. Die Ankereinheit 36 umfasst einen Permanentmagneten 39, der fest mit dem Schaltankerelement 10 verbunden ist. Mittels der Spule 37 und des Permanentmagneten 39 wird eine Betätigungskraft zum Schalten des Schaltankerelements 10 bereitgestellt, die entlang einer Haupterstreckungsrichtung 15 des Schaltankerelements 10 wirkt. Das Schaltankerelement 10 ist entlang seiner Haupterstreckungsrichtung 15 beweglich gelagert.
Das Schaltankerelement 10 des Betätigungsaktuators 33 ist teilweise als ein Schaltpin 40 ausgebildet. Das Schaltelement 11 des Betätigungsaktuators 33 ist als ein Gleitschuh ausgebildet (vgl. Figur 2). Das als Gleitschuh ausgebildete Schaltelement 11 ist einstückig ausgeführt und steht in der Schaltstellung in Eingriff mit der Kulissenbahn 29. Der Schaltpin 40 ist in einem Aktuatorgehäuse 41 des Betätigungsaktuators 33 gelagert. Er ist durch das Aktuatorgehäuse 41 hindurch geführt.
Ist die Spule 37 unbestromt, wechselwirkt der Permanentmagnet 39 mit dem umgebenden Material. In der Neutralstellung wechselwirkt der Permanentmagnet 39 insbesondere mit dem Spulenkern 38 der Elektromagneteinheit 34, der aus einem magnetisierbaren Material besteht. In der Schaltstellung wechselwirkt der Permanentmagnet 39 insbesondere mit dem Aktuatorgehäuse 41 des Betätigungsaktuators 33. In einem unbestromten Betriebszustand stabilisiert der Permanentmagnet 39 das Schaltelement 11 in der Schalt- Stellung bzw. der Neutralstellung. Der Betätigungsaktuator 33 ist als ein bistabiles System ausgeführt, das in einem unbestromten Zustand der Schaltstellung oder der Neutralstellung zustrebt.
In einem Betriebszustand, in dem die Elektromagneteinheit 34 bestromt ist, wechselwirkt das Permanentmagnetfeld des Permanentmagneten 39 mit dem Spulenmagnetfeld der Spule 37. Abhängig von einer Polarisierung des Permanentmagneten 39 und der Elektromagneteinheit 34 kann dabei eine anziehende Kraft und eine abstoßende Kraft realisiert werden. Eine Polarisierung der Elektromagneteinheit 34 lässt sich mittels einer Stromrichtung, mit der die Spule 37 bestromt wird, einstellen. Um das Schaltankerelement 10 von seiner Neutralstellung in die Schaltstellung auszufahren, wird die Spule 37 in der Stromrichtung bestromt, für die zwischen der Elektromagneteinheit 34 und dem Permanentmagneten 39 eine abstoßende Kraft wirkt.
Zur Bereitstellung der axial wirkenden Schaltkraft weist die Kulissenbahn 29 eine axiale und eine radiale Richtungskomponente auf. Befindet sich der Betätigungsaktuator 33 in der Schaltstellung, wirkt durch die axiale Richtungskomponente der Kulissenbahn 29 eine Drehbewegung des Nockenelements 13 als die axial wirkende Kraft, mittels der das Nockenelement 13 verschoben wird. Um nach einem Verschieben des Nockenelements 13 den Betätigungsaktuator 33 in seine Neutralstellung zu bewegen, weist die Kulissenbahn 29 ein Ausspursegment 42 auf, in dem ein Nutgrund 43 der Kulissenbahn 29 bis auf ein Grundkreisniveau ansteigt. Durch das Ausspursegment 42 wirkt auf den Betätigungsaktuator 33 eine Kraft, die das Schaltankerelement 10 in seine Neutralstellung zurückbewegt.
Bei einem Einfahrschaltvorgang, in dem das Schaltankerelement 10 mittels des Ausspursegments 42 von seiner Schaltstellung in die Neutralstellung bewegt wirkt, strebt das Schaltankerelement 10 in einer ersten Phase durch eine Wechselwirkung zwischen dem Permanentmagneten 39 und dem Aktuatorgehäuse 41 der Schaltstellung zu. In einer zweiten Phase löst sich das Schaltankerelement 10 von dem Nutgrund 43 und strebt durch die Wechselwirkung zwischen dem Permanentmagneten 39 und dem Spulenkern 38 der Neutralstellung zu. Das Schaltankerelement 10 wird durch die Wechselwirkung zwischen dem Permanentmagneten 39 und dem Spulenkern 38 in der zweiten Phase unabhängig von der Drehbewegung des Nockenelements 13 in seine Neutralstellung bewegt. Das Schaltankerelement 10 und das Schaltelement 11 sind mittels einer Koppeleinheit 14 beweglich miteinander gekoppelt. Die Koppeleinheit 14 umfasst einen an einem Ende 21 des Schaltankerelements 10 angeordneten Kugelkopf 19 sowie eine zu dem Kugelkopf 19 korrespondierende Ausnehmung 20, die in dem Schaltelement 11 angeordnet ist (vgl. Figur 3). Das Schaltankerelement 10 und der Kugelkopf 19 sind einstückig ausgeführt. In einem montierten Zustand sind das Schaltankerelement 10 und das Schaltelement 11 mittels des Kugelkopfs 19 und der korrespondierenden Ausnehmung 20 formschlüssig miteinander verbunden. Die Ausnehmung 20 des Schaltelements 11 nimmt den Kugelkopf 19 in sich auf. Mittels der Koppeleinheit 14 sind das Schaltankerelement 10 und das Schaltelement 11 in drei Freiheitsgraden beweglich zueinander gekoppelt.
Die drei Freiheitsgrade sind als voneinander unabhängige Drehbewegungen zwischen dem Schaltankerelement 10 und dem Schaltelement 11 ausgebildet. Drehachsen 16, 18, 44 für alle drei Freiheitsgrade sind mittels des Kugelkopfs 19 und der Ausnehmung 20 definiert. Die drei Drehachsen 16, 18, 44 weisen einen gemeinsamen Schnittpunkt 45 auf. Die drei Drehachsen 16, 18, 44 sind senkrecht zueinander ausgerichtet (vgl. Figur 6).
Die Drehachse 16 für die Drehbewegung des ersten Freiheitsgrads verläuft entlang der Haupterstreckungsrichtung 15 des Schaltankerelements 10. Das Schaltelement 11 kann sich in einem Winkel von 360° frei um die als Drehachse 16 ausgebildete Haupterstreckungsrichtung 15 des Schaltankerelements 10 drehen. Grundsätzlich kann die Drehbewegung des ersten Freiheitsgrads mittels eines Führungselements auf einen definierten Winkelbereich, wie beispielsweise auf einen auf die Kulissenbahn 29 angepassten Winkelbereich, beschränkt werden. Die Drehachse 18 für die Drehbewegung des zweiten Freiheitsgrads verläuft entlang einer Haupterstreckungsrichtung 17 des Schaltelements 11 (vgl. Figur 4). Die Drehbewegung um die Drehachse 18 ist beschränkt. Die Drehachse 44 für die Drehbewegung des dritten Freiheitsgrads verläuft senkrecht zu der Haupterstreckungsrichtung 17 des Schaltelements 11 und senkrecht zur Haupterstreckungsrichtung 15 des Schaltankerelements 10. Die Drehbewegung um die Drehachse 44 ist ebenfalls beschränkt.
Für eine Montage des Betätigungsaktuators 33 weist die Koppeleinheit 14 ein Federmittel 23 auf, mittels dem die zu dem Kugelkopf 19 korrespondierende Ausnehmung 20 aufgeweitet werden kann, um den Kugelkopf 19 in die Ausnehmung 20 einzubringen. Das Federmittel 23 ist einstückig mit dem Schaltelement 11 ausgebildet. Um das Federmittel 23 auszubilden, weist das Schaltelement 11 einen entlang der Haupterstreckungsrichtung 17 des Schaltelements 11 angelegten Schlitz 22 auf. Der Schlitz 22 ist mittig in das Schalt- element 11 einbracht. Er durchsetzt das Schaltelement 11 zu einem wesentlichen Teil. In einem hinteren Bereich 46 sind zwei Hälften 47, 48 des Schaltelements 11 durch den Schlitz 22 voneinander getrennt. In einem vorderen Bereich 49 sind die beiden Hälften 47, 48 durch die einstückige Ausbildung des Schaltelements 1 1 miteinander verbunden.
Bei einer Montage der Koppeleinheit 14 weitet sich der Schlitz 22 für einen kurzen Zeitraum auf, während der Kugelkopf 19 in die Ausnehmung 20 gepresst wird. Durch die Kraft des einfahrenden Kugelkopfs 19 wird der Schlitz 22 und mit ihm die Hälften 47, 48 des als Gleitschuh ausgebildeten Schaltelements 11 auseinander gedrückt und der Kugelkopf 19 greift in die Ausnehmung 20 ein. Sobald der Kugelkopf 19 in der Ausnehmung 20 liegt, schnappen die Hälften 47, 48 des Schaltelements 11 wieder in ihre Ausgangsposition zurück. Ein Herausrutschen des Kugelkopfs 19 aus der Ausnehmung 20 wird durch das Federmittel 23, das mittels des Schlitzes 22 ausgebildet ist, verhindert.
Das als Gleitschuh ausgebildete Schaltelement 11 weist eine rotationsasymmetrische Grundform 50 auf (vgl. Figur 5). Die rotationsasymmetrische Grundform 50 des als Gleitschuh ausgebildeten Schaltelements 11 weist zwei Funktionsflächen 25, 26 auf, die als Teile von einer Seitenfläche 24 des Schaltelements 11 ausgebildet sind. Die Funktionsflächen 25, 26 sind für den Eingriff in die Kulissenbahn 29 vorgesehen. Die Funktionsflächen 25, 26 sind als Berührflächen zwischen dem Schaltelement 11 und Flanken 27, 28 der Kulissenbahn 29 ausgebildet. Die Funktionsflächen 25, 26 korrespondieren mit den Flanken 27, 28 der Kulissenbahn 29. Eine Krümmung der Funktionsflächen 25, 26 ist größer als eine maximale Krümmung der Kulissenbahn 29. Bei einem Verschieben des Nockenelements 13 während eines Schaltvorgangs steht stets ein zusammenhängender Teil zumindest der entsprechenden Funktionsfläche 25, 26 mit der zugehörigen Flanke 27, 28 der Kulissenbahn 29 in Berührung.
Mittels der rotationsasymmetrischen Grundform 50 und der freien Drehbarkeit des als Gleitschuh ausgebildeten Schaltelements 11 wandert ein mit der entsprechenden Flanke 27 der Kulissenbahn 29 in Kontakt stehender Berührpunkt 51 , der durch den Kontakt zwischen der Funktionsfläche 25, 26 mit der zugehörigen Flanke 27, 28 definiert ist. Je nach einem Winkelgrad der Kulissenbahn 29 wandert eine relative Position des Berührpunkts 51 in Bezug zu dem Schaltelement 11 bzw. zu den Funktionsflächen 25, 26 des Schaltelements 11.

Claims

Patentansprüche
1. Ventiltriebumschaltvorrichtung, insbesondere einer Brennkraftmaschine, zur Schaltung eines Ventiltriebs mit zumindest einem Schaltankerelement (10), das für eine Schaltbewegung vorgesehen ist, und mit einem Schaltelement (1 1 ), das für eine Kopplung mit einer Schaltkulisse (12) eines Nockenelements (13) vorgesehen ist, gekennzeichnet durch eine Koppeleinheit (14), die dazu vorgesehen ist, das Schaltankerelement (10) und das Schaltelement (11 ) in zumindest einem Freiheitsgrad beweglich zueinander zu koppeln.
2. Ventiltriebumschaltvorrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das Schaltelement (11 ) zumindest teilweise als ein Gleitschuh ausgebildet ist.
3. Ventiltriebumschaltvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Schaltankerelement (10) zumindest teilweise als ein Schaltpin (40) ausgebildet ist.
4. Ventiltriebumschaltvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Koppeleinheit (14) für zumindest einen als Drehbewegung ausgebildeten Freiheitsgrad vorgesehen ist.
5. Ventiltriebumschaltvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der zumindest eine Freiheitsgrad als eine Drehbewegung um eine Drehachse (16) entlang einer Haupterstreckungsrichtung (15) des Schaltankerelements (10) ausgebildet ist.
6. Ventiltriebumschaltvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der zumindest eine Freiheitsgrad als eine Drehbewegung um eine Drehachse (18) entlang einer Haupterstreckungsrichtung (17) des Schaltelements (11 ) ausgebildet ist.
7. Ventiltriebumschaltvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der zumindest eine Freiheitsgrad als eine Drehbewegung um eine Drehachse (44) senkrecht zu einer Haupterstreckungsrichtung (15) des Schaltankerelements (10) und/oder senkrecht zu einer Haupterstreckungsrichtung (17) des Schaltelements (1 1 ) ausgebildet ist.
8. Ventiltriebumschaltvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Koppeleinheit (14) einen Kugelkopf (19) und eine zu dem Kugelkopf (19) korrespondierende Ausnehmung (20) umfasst.
9. Ventiltriebumschaltvorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Kugelkopf (19) an einem Ende (21 ) des Schaltankerelements (10) angeordnet ist.
10. Ventiltriebumschaltvorrichtung nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausnehmung (20) zumindest teilweise innerhalb des Schaltelements (11 ) ausgebildet ist.
11. Ventiltriebumschaltvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Koppeleinheit (14) für eine formschlüssige Kopplung vorgesehen ist.
12. Ventiltriebumschaltvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Schaltelement (11 ) rotationsasymmetrisch ausgebildet ist.
13. Ventiltriebumschaltvorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Schaltelement (11 ) einen Schlitz (22) aufweist, der dazu vorgesehen ist, ein Federmittel (23) für eine formschlüssige Verbindung zwischen dem Schaltankerelement (10) und dem Schaltelement (11 ) bereitzustellen.
14. Ventiltriebumschaltvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Schaltelement (11 ) eine Seitenfläche (24) aufweist, die zumindest teilweise als zumindest eine Funktionsfläche (25, 26) ausgebildet ist und die dazu vorgesehen ist, mit zumindest einer Flanke (27, 28) einer Kulissenbahn (29) der Schaltkulisse (12) zu korrespondieren.
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