DE102006058690A1

DE102006058690A1 - Stellvorrichtung mit Stellelement, insbesondere für Nockenschaltsysteme von Brennkraftmaschinen

Info

Publication number: DE102006058690A1
Application number: DE200610058690
Authority: DE
Inventors: Harald Elendt
Original assignee: Schaeffler KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2006-12-13
Filing date: 2006-12-13
Publication date: 2008-07-17

Abstract

Stellvorrichtung mit einem endseitig einen Eingriffsbereich bildenden beweglichen Stellelement (1), insbesondere Betätigungsstift für Nockenschaltsysteme mit verschiebbaren Nocken von Brennkraftmaschinen, mit einer Betätigungseinrichtung zum Ineingriffbringen des Stellelements (1), die eine das Stellelement (1) belastende Feder (11) aufweist, und mit einer steuerbaren Halteeinrichtung zum Festlegen in einer Nichteingriffstellung, wobei die Halteeinrichtung mit zumindest einem Steuerelement (8) in Wirkverbindung steht und eine Steuerfeder (10) a(8) entgegengerichtet ist.

Description

Gebiet der Erfindung
Stellvorrichtung mit einem endseitig einen Eingriffsbereich bildenden beweglichen Stellelement, insbesondere Betätigungsstift für Nockenschaltsysteme mit verschiebbaren Nocken von Brennkraftmaschinen, mit einer Betätigungseinrichtung zum in Eingriff bringen des Stellelements, die eine das Stellelement belastende Feder aufweist, und mit einer steuerbaren Halteeinrichtung zum Festlegen in einer nicht Eingriff Stellung.
Hintergrund der Erfindung
Eine derartige gattungsbildende Stellvorrichtung ist aus der WO 03/021 612 A1 bekannt. Diese Stellvorrichtung weist eine Betätigungseinrichtung auf, die zusätzlich zu der das Stellelement belastenden Feder parallel geschaltet einen Elektromagneten aufweist, so dass das Stellelement aus seiner nicht Eingriff Stellung durch den Elektromagneten betätigt wird, wobei im weiteren Verlauf die Feder das Stellelement zusätzlich bewegt. Die Halteeinrichtung wird durch einen Permanentmagneten gebildet, dessen Haltekraft größer ist als die Kraft der Feder. Eine derartige Stellvorrichtung, die an einem Zylinderkopf oder einer Zylinderkopfhaube einer Hubkolbenbrennkraftmaschine befestigt ist, dient dazu, mit dem Stellelement in eine Nut an einer verschiebbaren Nockenhülse einzugreifen. Diese Nut ist schraubenförmig ausgebildet, so dass bei Drehung der Nockenwelle die Nockenhülse verschoben wird. Die Nut hat eine Ausfahrrampe, die am Ende der Axialbewegung der Nockenhülse das Stellelement in seine Ruheposition zurückbewegt.
Die gattungsbildende Stellvorrichtung ist in ihrer Ausgestaltung sehr aufwendig, da jedem Stellelement eine Permanentmagnetanordnung und Elektromagnetanordnung zugeordnet ist. Des weiteren kann die Kraft der Feder nur begrenzt sein, da sie kleiner als die Haltekraft des Permanentmagneten sein muss, damit keine ungewollte Bewegung des Stellelements erfolgt.
Daraus folgt, dass keine hinreichend sichere in Eingriff Stellung des Stellelement erreicht wird, wenn das Stellelement nicht leichtgängig genug geführt ist. da der Elektromagnet nur am Anfang eine hinreichende Lösekraft zur Verfügung stellt Weiterhin ist auch die Abstimmung des Permanentmagneten und der Federkraft sehr schwierig.
Es ist weiterhin bekannt, DE- 102 40 774 A1 , eine Stellvorrichtung vorzusehen, die ebenfalls elektromagnetisch gesteuert ist, wobei die Bewegung des Stellelements zum einen nur durch einen Elektromagneten erfolgt, der zur Änderung seiner Wirkrichtung umgepolt wird. In einem anderen Ausführungsbeispiel ist eine Feder vorgesehen, die das Stellelement in seiner nicht Eingriff Stellung unterstützt.
Auch diese Ausgestaltung ist aufwendig, weil jedem Stellelement eine Elektromagneteinheit zugeordnet werden muss, wobei auch noch Endstufen und eine elektrische Umschaltfunktion notwendig sind. Des Weiteren ist nicht sichergestellt, dass das Stellelement genügend tief in die Nut der Nockenhülse eingreift, da die Schubkraft des Elektromagneten schnell abnimmt und dazu noch die ansteigende Kraft der Feder überwinden muss.
Aufgabe der Erfindung
Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine gattungsbildende Stellvorrichtung dahingehend zu verbessern, dass auf magnetische Einrichtungen verzichtet werden kann und die Ausgestaltung kostengünstig und einfach ist und darüber hinaus eine hohe Betriebssicherheit gewährleistet.
Zusammenfassung der Erfindung
Die Aufgabe der Erfindung wird dadurch gelöst, dass die Halteeinrichtung mit zumindest einem Steuerelement in Wirkverbindung steht und die Feder als Steuerfeder ausgebildet ist, deren Kraft dem jeweiligen Steuerelement entgegengerichtet ist.
Das Steuerelement ist vorzugsweise scheibenartig ausgebildet, weist einen Grundkreisausschnitt und einen Hochkreisausschnitt auf und ist drehbar, aber ortsfest, gelagert. Dieses mechanisch ausgebildete Steuerelement ist einfach und günstig in der Herstellung und weist eine hohe Betriebssicherheit auf.
Je nach Anzahl der Zylinder und damit Anzahl der zu verstellenden Nocken der Hubkolbenbrennkraftmaschine sind mehrere Steuerelemente nebeneinander auf einer nach Art einer Nockenwelle ausgeführten Steuerwelle befestigt und gemeinsam drehbar ausgeführt. Dadurch lassen sich mit einer Steuerwelle mehrere Nockenhülsen verschieben, wobei nur eine Betätigungseinheit für die Steuerwelle erforderlich ist.
In vorteilhafter Weise weist die Halteeinrichtung einen axial beweglichen, aber ortsfest geführten Tassenstößel auf, der mittels der Steuerfeder belastet ist. Der Tassenstößel steht mit zumindest einem Klemmkörper in Wirkverbindung, der zum Stellelement radial beweglich und axial fest gelagert ist. Zum Betätigen der Klemmkörper weist der Tassenstößel eine Klemmfläche, insbesondere einen Klemmkegel, auf, der dem oder den Klemmkörper(n), insbesondere Kugeln, zugeordnet ist.
Dabei sind die Klemmkörper in einem Führungsrohr geführt, das ortsfest, vorzugsweise in dem Zylinderkopf oder der Zylinderkopfhaube der Brennkraftmaschine gelagert ist. Das Stellelement ist gleitend im Führungsrohr gelagert und im Bereich der Klemmkörper mit zumindest einer Klemmausnehmung, vorzugsweise einer Nut, versehen. Die Steuerfeder umgreift dabei in vorteilhafter Weise den Klemmkegel und stützt sich am Tassenstößel einerseits und andererseits am Zylinderkopf oder der Zylinderkopfhaube ab.
Durch diese Ausgestaltung der Haltevorrichtung wird eine sichere Endlage des Stellelements in seiner nicht Eingriff Stellung sichergestellt. Durch Drehen des Steuerelements verschiebt dieses durch den Hochkreis den Tassenstößel entgegen der Kraft der Feder, so dass sich die Klemmkörper lösen und das Stellelement freigeben. Die Halteeinrichtung ist einfach im Aufbau, lässt sich aus in Großserie hergestellten Teilen (Tassenstößel, Kugeln, Feder) herstellen und ist damit einfach und kostengünstig im Aufbau.
In vorteilhafter Weise weist die Betätigungseinrichtung eine Kappe auf, die am Führungsrohr, z. B. durch Presssitz, befestigt ist, und als Widerlager für die Feder dient. Die Feder der Betätigungseinrichtung nach der vorliegenden Erfindung ist so ausgelegt, dass sie das alleinige Mittel ist, mit dem das Stellelement in seine Eingriff Stellung nach Lösen der Halteeinrichtung bewegt wird. Die Feder kann dabei, im Gegensatz zum Stand der Technik, stark ausgebildet sein und nach Lösen der Halteeinrichtung das Stellelement sicher ausfahren, weil die Halteeinrichtung stabil ausgebildet ist und auch große Federkräfte sicher hält.
Die Feder stützt sich unter Zwischenschaltung einer Scheibe am Stellelement ab, wobei die Scheibe und der Endbereich des Stellelements eine Kugelkopf/Kalotten-Verbindung aufweisen, so dass keine Verklemmung des Stellelements erfolgen kann und eine mittige Krafteinleitung erfolgt. Dabei weist die Scheibe einen Zylinderbereich auf, der in dem Führungsrohr gleitend geführt ist und eine sichere Bewegung zulässt.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Zur weiteren Erläuterung der Erfindung wird auf die Zeichnungen verwiesen, in denen ein Ausführungsbeispiel der Erfindung vereinfacht dargestellt ist. Es zeigen:
1: eine perspektivische Ansicht mehrerer Stellvorrichtungen und einer Steuerwelle,
2: einen Schnitt durch die Steuerwelle und eine Stellvorrichtung und
3: ein Steuerdiagramm für eine Steuerwelle einer vierzylindrigen Hubkolbenbrennkraftmaschine, mit Steuerung der Stellvorrichtungen für die Einlass- und Auslassnockenverstellung.
Detaillierte Beschreibung der Zeichnungen
In 1 bis 3 sind, soweit im Einzelnen dargestellt, mit 1 ein Stellelement bezeichnet, das in einem Führungsrohr 2 gelagert ist. Das Führungsrohr 2 ist in einem nur ausschnittsweise dargestellten und mit 3 bezeichneten Zylinderkopf befestigt, wobei das Führungsrohr 2 vorzugsweise in den Zylinderkopf eingepresst ist. Das Führungsrohr 2 weist Ausnehmungen auf, in denen mit 4 bezeichnete Kugeln angeordnet sind, die als Klemmkörper dienen. Das Stellelement 1 hat eine zu den Kugeln 4 passende Nut 5, so dass die Kugeln 4 das Stellelement 1 festlegen, wenn die Kugeln radial zusammengedrückt werden. Im Zylinderkopf 3 axial beweglich gelagert ist ein Tassenstößel 6, der an seinem den Kugeln 4 zugewandtem Ende einen Klemmkegel 7 aufweist. Die Tassenstößel 6 stehen mit einem Steuerelement 8 in Wirkverbindung, das einen Grundkreisausschnitt und einen mit 9 bezeichneten Hochkreisausschnitt aufweist.
In der Öffnung des Zylinderkopfes, in dem der Tassenstößel 6 gleitend eingesetzt ist, ist weiterhin eine mit 10 bezeichnete Steuerfeder anordnet, die sich einerseits am Zylinderkopf 3 und andererseits am Tassenstößel 6, vorzugsweise an der Außenwand des Klemmkegels 7, abstützt.
Wird nun das Steuerelement 8 soweit gedreht, dass der Hochkreisausschnitt 9 den Tassenstößel 6, in 2 betrachtet, nach unten bewegt, so werden die Kugeln 4 freigegeben und das Stellelement kann sich bewegen.
Das Stellelement 1 ist durch eine Feder 11 vorgespannt, die unter Zwischenschaltung einer Scheibe 12 mit einer Kalotte 13 und einem Kugelkopf 14 am Stellelement 1 vorbelastet ist. Die Feder 11 stützt sich andererseits an einer Kappe 15 ab, die am Führungsrohr 2 befestigt, vorzugsweise aufgepresst, ist. Durch diese Ausgestaltung der Betätigungseinrichtung ist das Stellelement 1 vorgespannt, so dass nach Lösen der Verriegelung durch das Steuerelement 8 das Stellelement 1 ausfahren kann. Das Stellelement 1 greift dann in eine Nut an der Nockenhülse ein und verschiebt dabei entlang der Schraubenführung der Nut die Nockenhülse, da das Stellelement 1 über das Führungsrohr 2 im Zylinderkopf 3 festgelegt ist. Das Stellelement 1 wird dabei am Ende der Nut über die Ausfahrrampe gegen die Kraft der Feder 11 zurückbewegt, wobei die Kugeln 4 in die Nut 5 eingreifen, weil zu diesem Zeitpunkt das Steuerelement 8 wieder in eine solche Stellung verdreht wurde, dass der Tassenstößel 6 vom Hochkreisausschnitt 9 freigegeben ist und sich durch die Steuerfeder 10 nach oben (2) bewegen konnte.
Wie in 1 dargestellt, sind auf einer mit 16 bezeichneten Steuerwelle acht Steuerelemente 8 angeordnet, wobei durch diese acht Stellvorrichtungen A1 bis A4 und B1 bis B4 betätigt werden. Die mit A1 bis A4 bezeichneten Stellvorrichtungen sind z. B. der Verschiebung von Nockenhülsen in eine Richtung mit in Kraft setzen von Nocken mit kleinem Hub und die Stellvorrichtungen B1 bis B4 z. B. den Verschiebungen der Nockenhülsen in die andere (Gegen) Richtung mit in Kraft setzen von Nocken mit großem Hub einer vierzylindrigen Hubkolbenkraftmaschine zugeordnet. Weist die Hubkolbenkraftmaschine eine andere Zylinderzahl oder Zündfolge auf, so müssen entsprechend mehr oder weniger und/oder anders angeordnete Steuerelemente auf einer Steuerwelle angeordnet oder mehrere Steuerwellen zur Verfügung gestellt werden. Die Steuerelemente 8 und die Steuerwelle 16 gemäß 1 sind dabei so ausgelegt, dass sie ungleichförmig entsprechend der Verstellungen der Nockenhülsen bewegt werden, wobei die Verstellung in einer Drehrichtung vier Stellvorrichtungen nacheinander betätigt, wobei es sich dabei zum Beispiel um die Verschiebung der Nockenhülsen in die eine Richtung handelt, während ein Verdrehen in die andere Richtung die anderen Stellvorrichtungen steuert, wobei es sich dabei dann zum Beispiel um die Verschiebung der Nockenhülsen in Gegenrichtung handelt.
Wie 3 zu entnehmen ist, besteht die Bewegung der Steuerwelle 16 intermittierend aus den Abschnitten „Bewegen – Halten – Bewegen – Halten" usw., wobei die Bewegungsabschnitte bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel 25° Drehwinkel der Steuerwelle 16 betragen. Es handelt sich dabei um die Flanke zwischen dem Grundkreisausschnitt und dem Hochkreisausschnitt. Für eine komplette Umschaltung aller Nockenhülsen in die Hin- und Gegenrichtung einer vierzylindrigen Hubkolbenbrennkraftmaschine sind daher sieben Bewegungsbereiche notwendig, mit einer Gesamtverdrehung der Steuerwelle 16 von 175° Winkel in einer Drehrichtung.
Die Verdrehung der Steuerwelle erfolgt dabei drehwinkelgetriggert. Als Antrieb kann ein elektrisch beschriebener Schrittmotor Verwendung finden. Denkbar sind aber auch andere Antriebe, wie z. B. ein hydraulischer Schwenkmotor.

1: Stellelement
2: Führungsrohr
3: Zylinderkopf
4: Kugeln
5: Nut
6: Tassenstößel
7: Klemmkegel
8: Steuerelement
9: Hockkreisausschnitt
10: Steuerfeder
11: Feder
12: Scheibe
13: Kalotte
14: Kugelkopf
15: Kappe
16: Steuerwelle

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

- WO 03/021612 A1 [0002]
- DE 10240774 A1 [0005]

Claims

Stellvorrichtung mit einem endseitig einen Eingriffsbereich bildenden beweglichen Stellelement (1), insbesondere Betätigungsstift für Nockenschaltsysteme mit verschiebbaren Nocken von Brennkraftmaschinen, mit einer Betätigungseinrichtung zum in Eingriff bringen des Stellelements (1), die eine das Stellelement (1) belastende Feder (11) aufweist, und mit einer steuerbaren Halteeinrichtung zum Festlegen in einer nicht Eingriff Stellung, dadurch gekennzeichnet, dass die Halteeinrichtung mit zumindest einem Steuerelement (8) in Wirkverbindung steht und eine Steuerfeder (10) aufweist, deren Kraft dem jeweiligen Steuerelement (8) entgegengerichtet ist.
Stellvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das zumindest eine Steuerelement (8) scheibenförmig ausgebildet, einen Grundkreisausschnitt und einen Hochkreissausschnitt (9) aufweist und drehbar, aber ortsfest, gelagert ist.
Stellvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Steuerelemente (8) auf einer nach Art einer Nockenwelle ausgeführten Steuerwelle (16) befestigt und gemeinsam drehbar ausgeführt sind.
Stellvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Halteeinrichtung einen axial beweglichen, aber ortsfest geführten Tassenstößel (6) aufweist, der mittels der Steuerfeder (10) belastet ist.
Stellvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Tassenstößel (6) mit zumindest einem Klemmkörper in Wirkverbindung stehen, der zum Stellelement (1) radial beweglich und axialfest gelagert ist.
Stellvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Tassenstößel (6) eine Klemmfläche, insbesondere Klemmkegel (7), ausweisen, die dem/den Klemmkörper(n), insbesondere Kugeln (4), zugeordnet sind.
Stellvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Klemmkörper in einem Führungsrohr (2) geführt sind, das ortsfest, vorzugsweise in einem Zylinderkopf (3) oder Zylinderkopfhaube der Brennkraftmaschine, gelagert ist.
Stellvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Stellelement (1) gleitend im Führungsrohr (2) gelagert ist und im Bereich der Klemmkörper, zumindest eine Klemmausnehmung, vorzugsweise Nut (5), ausweist.
Stellvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerfeder (10) den Klemmkegel (7) umgreifend am Tassenstößel (6) und am Zylinderkopf (3) oder der Zylinderkopfhaube abgestützt ist.
Stellvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Betätigungseinrichtung eine Kappe (15) auf weist, die am Führungsrohr (2) befestigt ist und als Widerlager für die Feder (11) dient.
Stellvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Feder (11) das alleinige Mittel zum in Eingriff bringen des Stellelements (1) ist.
Stellvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Feder (11) sich unter Zwischenschaltung einer Scheibe (12) am Stellelement (1) abstützt.
Stellvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Scheibe (12) und der Endbereich des Stellelements (1) je eine Kalotte (13) oder einen Kugelkopf (14) aufweisen.
Stellvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Scheibe (12) einen Zylinderbereich aufweist, der in dem Führungsrohr (2) gleitend geführt ist.
Stellvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Verdrehung der Steuerwelle (16) drehwinkelgetriggert erfolgt, wobei der Drehantrieb mittels eines geeigneten Antriebs, zum Beispiel mittels eines elektrisch betriebenen Schrittmotors oder eines hydraulischen Schwenkmotors, intermittierend erfolgt.