WO2012072305A1 - Schiebenockensystem mit schiebenuten und arretierungen - Google Patents

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cam system
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Andreas Nendel
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Schaeffler Technologies AG & Co. KG
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    • Y10T74/2102—Adjustable

Definitions

  • the invention relates to a sliding cam system with sliding cams which are rotatably but axially displaceably arranged on a basic shaft, preferably on a shaft serving as a camshaft of a reciprocating internal combustion engine, with a device which preferably has electromagnetically actuable means for at least one extendable actuator pin Adjustment of the sliding cam in different axial positions by means of the actuator pin cooperating sliding grooves on the circumference of the sliding cam, wherein the adjusting device is fixedly arranged on a component of the internal combustion engine, and with a device for locking the sliding cam in the different axial positions, wherein the locking device at least ever has a recess associated with the axial position.
  • Such a sliding cam system is known from EP-0 798 451 A1.
  • the sliding cams of this system are shifted by means of sliding grooves on the shaft so that cams positioned next to one another control different hubs of the gas exchange valves via actuating elements.
  • locking devices is provided between the shaft and the sliding cam, which consist of holes in the shaft with arranged there springs and locking bodies and associated recesses on the inner circumference of the sliding cam. Through these holes, the shaft is weakened in each area of the sliding cam, so that a considerable risk to the shaft, which is burdened by strong alternating forces occurs.
  • Furthermore, with such sliding cam systems there is the problem that the tolerance chain between the actuator or actuator pin and the displacement groove is relatively large. This leads to large inlet areas for the Aktorit and thus to wide sliding cam.
  • the object of the invention is therefore to improve a sliding cam system of the type described so that the spring-loaded locking device is eliminated and the sliding cam system can be used for small distances of the cylinder or gas exchange valves of reciprocating internal combustion engine. These measures should be achieved with simple, inexpensive means.
  • the object of the invention is achieved in that the recesses are formed as locking grooves on the circumference of the sliding cam and that the input and the extension of the sliding grooves lie in the planes of two adjacent locking grooves.
  • both the locking of the sliding cam and the displacement of the same takes place on the shaft with the adjusting device.
  • the Aktor To initiate the axial displacement of the sliding cam, the Aktorloch immersed in reaching the retraction of the shift cam in the sliding grooves, which are lower than the locking grooves, so that then takes place a shift of the sliding cam.
  • the sliding groove penetrates the area between the two adjacent locking grooves. This intersection occurs twice for the back and forth movement of the shift cam between two adjacent cams.
  • the width of the displacement groove and the width of the locking groove are the same, so that both grooves can be contacted by means of the same actuator pin.
  • the Aktorstatt is advantageously arranged in the adjustment so that it in the base position, which normally corresponds to the de-energized state of the adjusting, with the locking grooves bez. whose flanks is in operative connection and contacted in a Ausfahrstufte the sliding grooves.
  • the locking grooves are formed by disc-shaped guide contours, which are arranged on a substantially circular cylindrical peripheral portion of the shift cam.
  • the adjusting device has locking elements which are in operative connection with the locking grooves.
  • the locking elements are formed in an advantageous manner as sleeves surrounding the Aktorstatte. These sleeves take over the leadership of the sliding cam in the locking grooves. It is therefore possible that the width of the locking grooves in this case is greater than the width of the sliding grooves, since the sleeves may have a certain wall thickness around the Aktorstatte.
  • the sleeves can also have lateral flattenings in the area of the locking grooves, which extend to the periphery of the actuator pins. Then the grooves can have the same width.
  • FIG. 1 shows a perspective view of a section of a sliding cam with two locking grooves and a sliding groove
  • FIG. 2 shows a perspective view similar to FIG. 1 with a sliding groove in the opposite direction
  • FIG. 3 shows a side view of a section similar to FIG. 2 with an actuator pin and a part of an adjusting device
  • FIG. 4 shows a view corresponding to FIG. 3 with the actuator pin extended
  • Figure 5 a view corresponding to Figures 1 and 2 in another
  • FIG. 6 shows a section through FIG. 5 according to the line A-A
  • Figure 7 a view of a sliding cam with adjustment and two Aktorstatten
  • FIG. 8 shows a view corresponding to FIG. 7 on an enlarged scale
  • Figure 9 a perspective view of a part of the adjusting device with
  • 1 denotes a sliding cam which, as shown in particular in FIGS. 7 and 8, has cam disks with different stroke, but identical base circles, on both sides of the adjustment and locking region.
  • the sliding cam 1 also has locking grooves 2 and sliding grooves 3 between the cam discs.
  • the locking grooves 2 are limited by guide contours 4, which protrude from a cylindrical portion of the sliding cam 1.
  • the sliding grooves 3 are incorporated to effect a displacement of the sliding cam 1 on a shaft, not shown, so that the cams can be individually brought into operative connection with actuators not shown in order to initiate corresponding elevation movements on the gas exchange valves.
  • 5 further includes an adjusting device (see in particular FIG. 7), which has electromagnetically actuated actuator pins 6, which extend permanently into the locking grooves and can also engage in a further extension step in the sliding grooves 3.
  • an actuator pin 6 is shown for clarification of the inventive proposal, while the adjusting device 5 according to FIGS. 7 to 9 has two actuator pins 6.
  • sleeves 7 enclose the Aktorstatte 6 and protrude into the locking grooves 2 inside.
  • the sleeves 7 have lateral flattenings 8 which extend to the periphery of the actuator pins 6.
  • the guide contours 4 have interruptions which permit the passage of the displacement groove 3 from one arresting groove 2 into the other arresting groove 2 and a passage of the base region of an actuator pin 6 or a sleeve 7.

Abstract

Schiebenockensystem mit Schiebenocken (1), die auf einer Grundwelle, vorzugsweise auf einer als Nockenwelle einer Hubkolbenbrennkraftmaschine dienenden Welle, drehfest aber axial verschiebbar angeordnet sind, mit einer zumindest einen ausfahrbaren Aktorstift (6) aufweisenden, vorzugsweise elektromagnetisch betätigbaren Vorrichtung zur Verstellung der Schiebenocken in unterschiedliche axiale Positionen mittels mit dem Aktorstift (6) zusammen wirkenden Verschiebenuten (3) am Umfang der Schiebenocken, wobei die VerStellvorrichtung (5) ortsfest an einem Bauteil der Brennkraftmaschine angeordnet ist, und mit einer Vorrichtung zur Arretierung der Schiebenocken (1) in den unterschiedlichen axialen Positionen, wobei die Arretiervorrichtung zumindest je eine der axialen Position zugeordnete Ausnehmung aufweist, wobei die Ausnehmungen als Arretiernuten (2) am Umfang der Schiebenocken (1) ausgebildet sind und wobei der Ein- und der Ausfahrbereich der Verschiebenuten (3) in den Ebenen zweier benachbarter Arretiernuten (2) liegen.

Description

Bezeichnung der Erfindung
Schiebenockensystem mit Schiebenuten und Arretierungen Die Erfindung betrifft ein Schiebenockensystem mit Schiebenocken, die auf einer Grundwelle, vorzugsweise auf einer als Nockenwelle einer Hubkolben- brennkraftmaschine dienenden Welle, drehfest aber axial verschiebbar angeordnet sind, mit einer zumindest einen ausfahrbaren Aktorstift aufweisende, vorzugsweise elektromagnetisch betätigbare Vorrichtung zur Verstellung der Schiebenocken in unterschiedliche axiale Positionen mittels mit dem Aktorstift zusammen wirkenden Verschiebenuten am Umfang der Schiebenocken, wobei die Verstellvorrichtung ortsfest an einem Bauteil der Brennkraftmaschine angeordnet ist, und mit einer Vorrichtung zur Arretierung der Schiebenocken in den unterschiedlichen axialen Positionen, wobei die Arretiervorrichtung zumindest je eine der axialen Position zugeordnete Ausnehmung aufweist.
Hintergrund der Erfindung
Ein derartiges Schiebenockensystem ist aus der EP- 0 798 451 A1 bekannt. Die Schiebenocken dieses Systems werden über Verschiebenuten auf der Welle so verschoben, dass nebeneinander positionierte Nockenscheiben verschiedenen Hubs die Gaswechselventile über Betätigungselemente entsprechend steuern. Zur Arretierung des Schiebenockens in den verschiedenen axialen Positionen entsprechend der Ausrichtung der Nockenscheiben zu dem Betäti- gungselement ist zwischen der Welle und den Schiebenocken Arretiervorrichtungen vorgesehen, die aus Bohrungen in der Welle mit dort angeordneten Federn und Arretierkörpern und zugeordneten Ausnehmungen am Innenumfang der Schiebenocken bestehen. Durch diese Bohrungen wird die Welle in jedem Bereich der Schiebenocken geschwächt, so dass eine nicht unerhebliche Gefährdung der Welle, die durch starke Wechselkräfte belastet ist, erfolgt. Des Weiteren besteht bei derartigen Schiebenockensystemen das Problem, dass die Toleranzkette zwischen dem Aktor bzw. Aktorstift und der Verschiebenut verhältnismäßig groß ist. Die führt zu großen Einlaufbereichen für den Aktorstift und somit zu breiten Schiebenocken.
Des Weiteren ist eine nicht unerhebliche Axialkraft zwischen Aktorstift und Verschiebenut erforderlich, um die Schiebenocken aus der Arretierung zu verschieben, wobei der Arretierkörper über die Flanke der Ausnehmung gegen die Kraft der Feder bewegt werden muss.
Aufgabe der Erfindung
Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein Schiebenockensystem der beschriebenen Art so zu verbessern, dass die federbelastete Arretiervorrichtung entfällt und das Schiebenockensystem für kleine Abstände der Zylinder bzw. der Gaswechselventile der Hubkolbenbrennkraftmaschine benutzt werden kann. Diese Maßnahmen sollen mit einfachen, kostengünstigen Mitteln erreicht werden.
Zusammenfassung der Erfindung
Die Aufgabe der Erfindung wird dadurch gelöst, dass die Ausnehmungen als Arretiernuten am Umfang der Schiebenocken ausgebildet sind und dass der Ein- und der Ausfahrbereich der Verschiebenuten in den Ebenen zweier benachbarter Arretiernuten liegen. Dadurch erfolgt sowohl die Arretierung des Schiebenockens als auch die Verschiebung desselben auf der Welle mit der Verstellvorrichtung. Um die axiale Verschiebung des Schiebenockens einzuleiten, taucht der Aktorstift bei Erreichen des Einfahrbereichs der Verschiebenocken in die Verschiebenuten ein, die tiefer als die Arretiernuten liegen, so dass dann eine Verschiebung des Schiebenockens erfolgt. Die Verschiebenut durchdringt dabei den Bereich zwischen den beiden benachbarten Arretiernuten. Diese Kreuzung erfolgt zweimal für die Hin- und Rückbewegung des Schiebenockens zwischen zwei benachbarten Nockenscheiben. Dort befindet sich dann auch eine seitliche Öffnung der Flanken der Arretiernuten und eine kurze Strecke ohne seitliche Führung in der Arretiernut. Der Verschiebenocken befindet sich aber während dieser Phase im Grundkreis des Nockenhubes, d.h. das Betätigungselement und die Gaswechselventile werden in diesem Bereich nicht betätigt. Dadurch wirken zu diesem Zeitpunkt die geringsten Axialkräfte auf den Verschiebenocken, so dass die Führungslücke für die Arretierung des Schiebenockens unschädlich ist.
Da somit die Arretiervorrichtung mit Feder, Arretierelement, Ausnehmungen und vor allem Bohrungen entfällt, sind auch die Querkräfte, die auf den Ak- torstift und die Verschiebenutflanken wirken, geringer. Des Weiteren kann ein längerer Verschiebebereich gewählt werden, um ebenfalls die Kräfte auf den Aktorstift und die Verschiebenut zu verringern.
In vorteilhafter Weise sind die Breite der Verschiebenut und die Breite der Arre- tiernut gleich ausgebildet, so dass mittels desselben Aktorstiftes beide Nuten kontaktiert werden können.
Der Aktorstift ist in vorteilhafter Weise in der Verstellvorrichtung so angeordnet, dass er in der Basisstellung, die normalerweise dem stromlosen Zustand der Verstellvorrichtung entspricht, mit den Arretiernuten bez. deren Flanken in Wirkverbindung steht und in einer Ausfahrstufte die Verschiebenuten kontaktiert. Dadurch ist nur eine einfache Aktivierung des Aktorstiftes von Nöten.
Um den Materialaufwand an den Schiebenocken und damit das Gewicht gering zu halten, werden die Arretiernuten durch scheibenförmige Führungskonturen gebildet, die auf einem im Wesentlichen kreiszylindrischen Umfangsbereich des Verschiebenockens angeordnet sind.
In einer alternativen Ausgestaltung der Erfindung wird vorgeschlagen, dass die Verstellvorrichtung Arretierelemente aufweist, die mit den Arretiernuten in Wirkverbindung stehen. Die Arretierelemente sind dabei in vorteilhafter Weise als Hülsen ausgebildet, die die Aktorstifte umgeben. Diese Hülsen übernehmen die Führung des Schiebenockens in den Arretiernuten. Es ist daher möglich, dass die Breite der Arretiernuten in diesem Fall größer ist als die Breite der Verschiebenuten, da die Hülsen eine gewisse Wandstärke um die Aktorstifte aufweisen können. Die Hülsen können aber auch im Bereich der Arretiernuten seitliche Abflachungen aufweisen, die bis zum Umfang der Aktorstifte reichen. Dann können die Nuten die gleiche Breite aufweisen.
Da die Hülsen vor und hinter den Aktorstiften Abflachungen, also Führungsflä- chen aufweisen, wird die Führung der Schiebenocken verbessert, da dadurch in Umfangrichtung eine längere Führung der Hülsen in den Arretiernuten gegeben ist.
Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung, d.h. Positionierung der Schiebe- nocken über die Flanken der Arretiernuten, werden die Positions- und Fertigungstoleranzen so reduziert, dass auch die Verschiebenut eine optimale Beschleunigung für die Axialbewegung aufweisen kann.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Zur weiteren Erläuterung der Erfindung wird auf die Zeichnungen verwiesen, in denen Ausführungsbeispiele der Erfindung vereinfacht dargestellt sind.
Es zeigen: Figur 1 : eine perspektivische Ansicht eines Abschnitts eines Schiebenockens mit zwei Arretiernuten und einer Verschiebenut,
Figur 2: eine perspektivische Ansicht ähnlich Figur 1 mit einer Verschiebenut in die Gegenrichtung,
Figur 3: eine Seitenansicht eines Ausschnitts ähnlich Figur 2 mit einem Aktorstift und einem Teil einer Verstellvorrichtung, Figur 4: eine Ansicht entsprechend Figur 3 mit ausgefahrenem Aktorstift,
Figur 5: eine Ansicht entsprechend den Figuren 1 und 2 in einer anderen
Drehstellung,
Figur 6: ein Schnitt durch Figur 5 gemäß der Linie A-A,
Figur 7; eine Ansicht eines Schiebenockens mit Verstellvorrichtung und zwei Aktorstiften,
Figur 8: eine Ansicht entsprechend Figur 7 in vergrößertem Maßstab und
Figur 9: eine perspektivische Ansicht eines Teils der Verstellvorrichtung mit
Aktorstiften und Hülsen.
Detaillierte Beschreibung der Zeichnungen
In den Figuren 1 bis 9 ist, soweit im Einzelnen dargestellt, mit 1 ein Schiebenocken bezeichnet, der, wie insbesondere in den Figuren 7 und 8 dargestellt, beidseitig des Verstell- und Arretierbereichs Nockenscheiben mit unterschiedlichem Hub, aber gleichen Grundkreisen, aufweist. Der Schiebenocken 1 weist weiterhin zwischen den Nockenscheiben Arretiernuten 2 und Verschiebenuten 3 auf. Die Arretiernuten 2 sind durch Führungskonturen 4 begrenzt, die aus einem zylindrischen Bereich des Schiebenockens 1 hervortreten. Zwischen zwei benachbarten Arretiernuten 2 sind die Verschiebenuten 3 eingearbeitet, um ein Verschieben der Schiebenocken 1 auf einer nicht dargestellten Welle zu bewirken, damit die Nockenscheiben einzeln mit nicht dargestellten Betätigungselementen in Wirkverbindung gebracht werden können, um an den Gaswechselventilen entsprechende Erhebungsbewegungen zu initiieren. Die Ver- schiebenuten 3 sind, wie insbesondere den Figuren 4 und 5 zu entnehmen ist, auf einem gegenüber den Arretiernuten tiefer liegenden Umfangsbereich der Verschiebenocken 1 eingearbeitet. Mit 5 ist weiterhin eine Verstellvorrichtung bezeichnet (siehe insbesondere Figur 7), die elektromagnetisch betätigte Aktorstifte 6 aufweist, die dauerhaft in die Arretiernuten reichen und zusätzlich in einer weiteren Ausfahrstufe auch in die Verschiebenuten 3 eingreifen können. In den Figuren 3 und 4 ist zur Ver- deutlichung des erfinderischen Vorschlags je ein Aktorstift 6 dargestellt, während die Verstellvorrichtung 5 gemäß den Figuren 7 bis 9 zwei Aktorstifte 6 aufweist. Wie in den Figuren 7 bis 9 dargestellt, umschließen Hülsen 7 die Aktorstifte 6 und ragen in die Arretiernuten 2 hinein. In dem Ausführungsbeispiel gemäß den Figuren 7 bis 9 weisen die Hülsen 7 seitliche Abflachungen 8 auf, die bis zum Umfang der Aktorstifte 6 reichen.
Wie den Figuren 1 bis 8 zu entnehmen ist, weisen die Führungskonturen 4 Unterbrechungen auf, die den Durchgang der Verschiebenut 3 von einer Arretiernut 2 in die andere Arretiernut 2 und einen Durchgang des Basisbereichs eines Aktorstiftes 6 oder einer Hülse 7 erlauben.
Da die Verschiebung des Schiebenockens 1 dann erfolgt, wenn das nicht dargestellte Betätigungselement sich im Grundkreis der Nockenscheiben und des Verschiebenockens 1 befindet, sind auch die Unterbrechungen diesem Um- fangsbereich zugeordnet. In diesem Umfangsbereich liegt aber die geringste Axialbelastung des Schiebenockens, so dass die Unterbrechung der Führungskonturen problemlos ist. Weiterhin ist der Schiebenocken 1 über die Verschiebenut 3 in diesem Bereich exakt geführt. Darüber hinaus entsteht durch die Abflachungen 8 der Hülsen 7 ein verlängerter Führungsbereich an den Füh- rungskonturen 4, so dass auch bei Stillstand der Brennkraftmaschine aufgrund von thermischen Verschiebungen, keine Probleme bestehen, die mit den Auslaufschrägen 9 an den Führungskonturen 4 nicht zu kompensieren wären.
Darauf hingewiesen sei noch, dass die Verwendung von zwei Aktorstiften mit und ohne Arretierelementen zu einer Verringerung der Breite des Arretiernutenbereichs führen kann, da zur axialen Führung des Verschiebenockens 1 eine einzige Führungskontur 4 (siehe z. B. Figur 8) ausreicht, die von Arretierelementen, z. B. den Hülsen 7, oder den Aktorstiften 6 umschlossen wird. Bezugszeichenliste
1 Schiebenocken
2 Arretiernuten
3 Verschiebenuten
4 Führungskonturen
5 Verstellvorrichtung
6 Aktorstifte
7 Hülsen
8 Abflachungen
9 Auslaufschrägen

Claims

Patentansprüche
1 . Schiebenockensystem mit Schiebenocken (1 ), die auf einer Grundwelle, vorzugsweise auf einer als Nockenwelle einer Hubkolbenbrennkraftmaschine dienenden Welle, drehfest aber axial verschiebbar angeordnet sind, mit einer zumindest einen ausfahrbaren Aktorstift (6) aufweisenden, vorzugsweise elektromagnetisch betätigbaren Vorrichtung zur Verstellung der Schiebenocken in unterschiedliche axiale Positionen mittels mit dem Aktorstift (6) zusammen wir- kenden Verschiebenuten (3) am Umfang der Schiebenocken (1), wobei die Versteilvorrichtung (5) ortsfest an einem Bauteil der Brennkraftmaschine angeordnet ist, und mit einer Vorrichtung zur Arretierung der Schiebenocken (1) in den unterschiedlichen axialen Positionen, wobei die Arretiervorrichtung zumindest je eine der axialen Position zugeordnete Ausnehmung aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausnehmungen als Arretiernuten (2) am Umfang der Schiebenocken (1) ausgebildet sind und dass der Ein- und der Ausfahrbereich der Verschiebenuten (3) in den Ebenen zweier benachbarter Arretiernuten (2) liegen.
2. Schiebe nockensystem nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Verschiebenuten (3) in einem gegenüber den Arretiernuten (2) tiefer liegenden Umfangsbereich der Verschiebenocken (1 ) angeordnet sind.
3. Schiebenockensystem nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Aktorstifte (6) in einer Basisstellung mit den Arretiernuten (2) in Wirkverbindung steht und in einer Ausfahrstufe die Verschiebenuten (3) kontaktieren.
4. Schiebenockensystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Arretiemuten (2) durch scheibenförmige
Führungskonturen (4) gebildet sind.
5. Schiebenockensystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Breite der Verschiebenuten (3) der Breite der Arretiernuten (2) entspricht.
6. Schiebenockensystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Verstellvorrichtung (5) Arretierelemente aufweist, die mit den Arretiernuten (2) in Wirkverbindung stehen.
7. Schiebenockensystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Arretierelemente als Hülsen (7) ausgebildet sind, die die Aktorstifte (6) umschließen.
8. Schiebenockensystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Hülsen (7) in dem den Führungskonturen
(4) benachbarten Bereichen seitliche Abflachungen (8) aufweisen.
9. Schiebenockensystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Abflachungen (8) bis zum Umfang der Aktorstifte (6) reichen.
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