[0001] Die vorliegende Erfindung betrifft ein Stellelement zum axialen Verschieben einer
verschiebbar gelagerten Nockenwelle oder eines auf einer Welle entlang der Nockenwellenachse
verschiebbar gelagerten Nockenwellenabschnitts. Weiterhin betrifft die Erfindung eine
Vorrichtung zum axialen Verschieben einer Nockenwelle oder eines Nockenwellenabschnitts,
umfassend eine axial verschiebbare Nockenwelle oder eines axial verschiebbaren Nockenwellenabschnitts,
die oder der einen oder mehrere Vorsprünge aufweist, und ein derartiges Stellelement.
[0002] Nockenwellen weisen eine Anzahl von Nocken auf, die exzentrische Abschnitte auf der
Nockenwelle darstellen. Die Nocken können entweder fest auf der Nockenwelle oder auf
Nockenwellenabschnitten angeordnet sein, die drehfest aber axial verschiebbar auf
eine zylindrische Welle aufbracht werden können. Mit den Nocken können angrenzend
angeordnete, axial verschiebbare Bauteile durch Drehen der Nockenwelle in regelmäßigen
Abständen verschoben werden. Eine hervorzuheben Anwendung der Nockenwellen stellt
dabei das Öffnen und Schließen von Ventilen in einem Verbrennungsmotor dar. In modernen
Verbrennungsmotoren ist es möglich, die Motorcharakteristik beispielsweise von einer
komfortbetonten zu einer sportlichen Charakteristik zu verändern, was unter anderem
durch die Veränderung des Ventilhubs, der durch die Form der Nocken bestimmt wird,
umgesetzt wird. Zudem erfordern unterschiedliche Motordrehzahlen variable Ventilhübe,
um das Drehmoment und den Kraftstoffverbrauch zu optimieren. Andere Verbrennungsmotoren
weisen eine Zylinderabschaltung auf, bei denen einige der Zylinder zum Einsparen von
Kraftstoff abgeschaltet werden können. In diesem Fall müssen die Ventile der abgeschalteten
Zylinder gar nicht mehr geöffnet werden. Auch hier ist es vorteilhaft, nicht nur einzelne
Zylinder abzuschalten, sondern auch variable Ventilhübe aus den oben genannten Gründen
zu ermöglichen. Derartige Verbrennungsmotoren erfordern Nockenwellen, die Nocken mit
unterschiedlicher Größe und Form aufweisen. Ein Nockenwellenabschnitt für eine derartige
Nockenwelle ist in Figur 1 gezeigt, dessen Mantelfläche in drei Abschnitte unterteilt
werden kann. In einem ersten Abschnitt befindet sich ein erster Nocken, der ein Ventil
eines Verbrennungsmotors mit einer ersten Hubkurve öffnet. In einem zweiten Abschnitt
befindet sich ein zweiter Nocken, der im Vergleich zum ersten Nocken kleiner ist und
eine andere Geometrie aufweist, und somit das Ventil beim Drehen der Nockenwelle mit
einer zweiten Hubkurve im Vergleich zur ersten Hubkurve weniger weit und für eine
kürzere Zeit mit einem anderen Geschwindigkeitsprofil öffnet. In einem dritten Abschnitt
befindet sich überhaupt kein Nocken, so dass ein Ventil, welches mit dem ersten Abschnitt
zusammenwirkt, beim Drehen der Nockenwelle überhaupt nicht betätigt wird, was beispielsweise
bei einem abgeschalteten Zylinder der Fall ist. Der in Figur 1 gezeigte Nockenwellenabschnitt
weist jeweils zwei dieser Abschnitte auf, so dass für einen Vierzylinder-Verbrennungsmotor
zwei dieser Nockenwellenabschnitte vorgesehen werden müssen.
[0003] Um jedoch das Ventil mit den unterschiedlichen Hubkurven öffnen und schließen zu
können, muss die Nockenwelle oder der Nockenwellenabschnitt axial verschoben werden,
um die jeweils die entsprechenden Nocken mit dem Ventil zusammenwirken zu lassen.
Bei bekannten Lösungen, die beispielsweise in der
DE 10 2007 307 232 A1, der
EP 2 158 596 B1 und der
DE 10 2013 102 241 A1 beschrieben sind, weisen die Nockenwellen verschiedene Nuten auf, in welche ein Aktuator
mit einer unterschiedlichen Anzahl von Stößeln eingreift. Die Nuten stellen dabei
einen Führungsabschnitt dar und bilden zusammen mit den eingreifenden Stößeln eine
Kulissenführung zur axialen Verstellung der Nockenwelle, welche hierzu um ein bestimmtes
Maß gedreht werden muss.
[0004] Da die Stößel der Aktuatoren aufeinander abgestimmt vor und zurück gefahren werden
müssen, sind die Aktuatoren relativ kompliziert aufgebaut. Zudem müssen die Nuten
in die Nockenwelle hinein gefräst werden, was insbesondere deshalb mit einem erheblichen
Fertigungsaufwand verbunden ist, da für jeden Stößel eine gesonderte Nut vorgesehen
ist, die zudem jeweils einen eigenen Querschnitt aufweisen kann. Darüber hinaus wird
die Nockenwelle in dem Bereich, in welchem die Nuten angeordnet sind, geschwächt,
was die Wahrscheinlichkeit eines Bruchs in diesem Bereich erhöht. Diese Wahrscheinlichkeit
wird durch Spannungsspitzen, die durch die Nuten verursacht werden, erhöht.
[0005] Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine Anordnung zu schaffen, mit
der eine Nockenwelle auf konstruktiv einfache Weise axial verschoben werden kann.
[0006] Gelöst wird die Aufgabe mit einem Stellelement nach Anspruch 1 sowie mit einer Vorrichtung
nach Anspruch 14. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
[0007] Erfindungsgemäß ist das Stellelement zwischen einer ersten Stellung und einer zweiten
Stellung bewegbar, wobei das Stellelement einen Führungsabschnitt aufweist, mit der
ein oder mehrere Vorsprünge einer axial verschiebbar gelagerten Nockenwelle oder eines
axial verschiebbar gelagerten Nockenwellenabschnitts in der ersten Stellung so zusammenwirken,
dass die Nockenwelle oder der Nockenwellenabschnitt durch Drehen um die Nockenwellenachse
axial verschiebbar ist, und der Vorsprung in der zweiten Stellung nicht mit dem Führungsabschnitt
zusammenwirkt. Dabei ist nicht ausgeschlossen, dass das Stellelement auch in weitere
Stellungen gebracht werden kann. Entscheidend ist nur, dass zumindest in einer Stellung
die Vorsprünge mit dem Stellelement zusammenwirken können und in einer anderen Stellung
kein Zusammenwirken möglich ist. Ein wesentlicher Aspekt der vorliegenden Erfindung
besteht darin, dass die Führungsabschnitte nicht auf der Nockenwelle selbst, wie es
im Stand der Technik der Fall ist, sondern auf dem Stellelement angeordnet sind. Das
Stellelement kann so gestaltet werden, dass auch Führungsabschnitte mit einer komplizierteren
Geometrie relativ einfach gefertigt werden können. Die Nockenwelle selbst braucht
nicht mehr mit Nuten oder dergleichen versehen zu werden, sondern es genügt, einen
Vorsprung vorzusehen, der mit dem Führungsabschnitt des Stellelements zusammenwirkt,
wenn sich dies in der ersten Stellung befindet. Hierdurch wird die Fertigung der Nockenwelle
deutlich vereinfacht, so dass sich eine axiale Verschiebung der Nockenwelle oder des
Nockenwellenabschnitts auf besonders kostengünstige Weise realisieren lässt. Zudem
wird die Nockenwelle nicht durch Nuten geschwächt, so dass sie insgesamt stabiler
ist und die Wahrscheinlichkeit, dass die Nockenwelle bricht, reduziert wird.
[0008] Die axiale Verschiebung der Nockenwelle oder des Nockenwellenabschnitts geschieht
auf folgende Weise: Das Stellelement wird in die erste Stellung bewegt, in welcher
der Vorsprung mit dem Stellelement zusammenwirkt. Anschließend wird die Nockenwelle
um ein bestimmtes Maß gedreht, beispielsweise 90°, wobei sich der Vorsprung entlang
des Führungsabschnitts bewegt, so dass die Form des Führungsabschnitts das Maß und
das Bewegungsprofil der axialen Verschiebung der Nockenwelle oder des Nockenwellenabschnitts
entlang der Nockenwellenachse vorgibt. Anschließend wird das Stellelement in die zweite
Stellung bewegt und die Nockenwelle kann wieder bestimmungsgemäß verwendet werden.
[0009] In einer bevorzugten Ausgestaltung umfasst der Führungsabschnitt eine oder mehrere
Führungsflächen des Stellelements, die in Bezug auf eine Mittelebene des Stellelements
zumindest abschnittsweise geneigt sind. Die Mittelebene soll dabei so verlaufen, dass
sie das Stellelement in zwei im Wesentlichen gleich große Hälften aufteilt. Im einfachsten
Fall sind die Führungsflächen die Außenflächen des Stellelements, welche das Stellelement
nach außen hin begrenzen. Die Führungsflächen schließen folglich einen Winkel mit
der Mittelebene ein. Dies hat zur Folge, dass dann, wenn sich das Stellelement in
der ersten Stellung befindet, beim Drehen der Nockenwelle um die Nockenwellenachse
eine entlang der Nockenwellenachse gerichtete Kraft auf den Vorsprung der Nockenwelle
wirkt, wodurch die Nockenwelle oder der Nockenwellenabschnitt axial verschoben wird.
Um das Stellelement mit dieser Funktionalität auszurüsten, genügt nur eine Führungsfläche,
die keine besonderen Eigenschaften aufweisen muss. Insbesondere ist es nicht notwendig,
den Vorsprung auf den Führungsabschnitt abzustimmen, wodurch es möglich ist, das Stellelement
flexibel für eine Vielzahl von axial verschiebbaren Nockenwellen oder Nockenwellenabschnitten
einzusetzen. Zudem ist die Fertigung des Stellelements besonders einfach. Darüber
hinaus ist es möglich, auch kompliziertere Bewegungsprofile der Nockenwelle beim axialen
Verstellen zu realisieren, beispielsweise eine relativ langsame axiale Verschiebung
am Anfang der Drehung der Nockenwelle um die eigene Achse, die sich im Verlauf der
Drehung beschleunigt.
[0010] In einer bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Stellelements umfasst der
Führungsabschnitt eine erste Führungsfläche und eine zweite Führungsfläche, wobei
die erste Führungsfläche und die zweite Führungsfläche in Bezug auf die Mittelebene
entgegengesetzt geneigt sind. In dieser Ausgestaltung ist es möglich, die Nockenwelle
oder den Nockenwellenabschnitt durch Drehen in dieselbe Richtung sowohl in die eine
erste Richtung als auch in die zweite, entgegengesetzte Richtung axial zu verschieben.
Hierzu wirkt in einem ersten Verstellschritt ein erster Vorsprung mit der ersten Führungsfläche
zusammen, wodurch die Nockenwelle oder der Nockenwellenabschnitt axial in die erste
Richtung verschoben wird. Beim nächsten Verstellschritt wirkt ein zweiter Vorsprung
mit der zweiten Führungsfläche zusammen, wodurch die Nockenwelle oder der Nockenwellenabschnitt
axial in die entgegengesetzte Richtung verschoben wird. Die beiden Vorsprünge können
dabei axial beabstandet auf der Nockenwelle angeordnet sein. Zwischen den beiden Verstellschritten
wird das Verstellelement in die zweite Stellung bewegt.
[0011] Alternativ ist es auch möglich, das Stellelement zwischen zwei aufeinander folgenden
Verstellschritten axial zu verschieben, so dass derselbe Vorsprung zum Verstellen
in die eine Richtung mit der ersten Führungsfläche und zum Zurückstellen mit der zweiten
Führungsfläche zusammenwirkt. In diesem Fall ist nur ein Vorsprung notwendig.
[0012] In einer bevorzugten Ausgestaltung weist der Führungsabschnitt eine oder mehrere
Führungsnuten auf, die in Bezug zu einer Mittelebene zumindest abschnittsweise geneigt
sind. Im Gegensatz zu den Führungsflächen haben die Führungsnuten den Vorteil, dass
sie axiale Kräfte bezogen auf die Nockenwellenachse entlang beiden Richtungen übertragen
können. Hierdurch wird eine Zwangsführung oder eine Kulissenführung realisiert. Somit
ist es möglich, die Nockenwelle oder den Nockenwellenabschnitt mit einem Vorsprung,
der in eine Führungsnut eingreift, durch Drehen in die eine Richtung axial vorzuschieben
und durch Drehen in die entgegengesetzte Richtung axial zurückzuschieben. Zudem ist
es möglich, auch kompliziertere Bewegungsprofile der Nockenwelle oder des Nockenwellenabschnitts
beim axialen Verstellen zu realisieren, beispielsweise eine relativ langsame axiale
Verschiebung am Anfang der Drehung der Nockenwelle um die eigene Achse, die sich im
Verlauf der Drehung beschleunigt.
[0013] In einer weiteren Ausgestaltung weist der Führungsabschnitt eine erste Führungsnut
und eine zweite Führungsnut auf, wobei die erste Führungsnut und die zweite Führungsnut
in Bezug auf die Mittelebene entgegengesetzt geneigt sind. Wie schon zu den Führungsflächen
erläutert, ist es hier möglich, durch Drehen der Nockenwelle in dieselbe Richtung
eine axiale Verschiebung der Nockenwelle oder des Nockenwellenabschnitts sowohl in
die eine als auch in die andere Richtung zu erreichen. Dabei können auch zwei oder
mehrere im Wesentlichen parallel zueinander verlaufende erste und zweite Führungsnuten
vorgesehen sein. Hierdurch ist es möglich, die Nockenwelle oder den Nockenwellenabschnitt
schrittweise mit Zwischenstellungen axial vor- und anschließend wieder zurückzuschieben.
[0014] Vorzugsweise kreuzen sich die erste Führungsnut und die zweite Führungsnut. Hierdurch
kann erreicht werden, dass die Nockenwelle durch Drehen in dieselbe Richtung mit einem
Vorsprung axial sowohl die eine als auch in die entgegengesetzte Richtung verschoben
werden kann. Die beiden Führungsnuten können dabei so gestaltet sein, dass der Vorsprung
nach Durchlaufen der ersten Führungsnut axial so positioniert ist, dass er anschließend
in die zweite Führungsnut eingreift, ohne dass das Stellelement axial verschoben oder
ein zweiter Vorsprung vorgesehen werden muss. Hierdurch kann ein sehr kompaktes Stellelement
bereitgestellt werden, welches die Verschiebung der Nockenwelle oder des Nockenwellenabschnitts
in beide Richtungen mit nur einem Vorsprung ermöglicht, ohne dass das Stellelement
axial verschiebbar angeordnet sein muss. Folglich lässt sich eine sehr kostengünstige
und mechanisch einfache Nockenwellenverschiebung realisieren.
[0015] In einer bevorzugten Ausgestaltung weist die erste Führungsnut einen ersten Querschnitt
und die zweite Führungsnut einen zweiten Querschnitt auf, der sich vom ersten Querschnitt
unterscheidet. Diese Ausgestaltung eignet sich insbesondere dann, wenn mehrere erste
Führungsnuten und mehrere zweite Führungsnuten vorgesehen sind. Insbesondere dann,
wenn die Führungsnuten unterschiedliche Tiefen aufweist, kann das Stellelement beispielsweise
beim axialen Vorschieben der Nockenwelle oder des Nockenwellenabschnitts etwas weiter
an die Nockenwelle herangefahren werden, so dass der Vorsprung von der tieferen Nut
auch bei Kreuzungspunkten eindeutig geführt wird. Beim Zurückschieben der Nockenwelle
oder des Nockenwellenabschnitts wird dann das Stellelement etwas weniger weit an die
Nockenwelle herangefahren, so dass der Vorsprung nur von der weniger tiefen Nut geführt
wird und auch am Kreuzungspunkt nicht in die tiefere Nut eingreift. Folglich existieren
dann mehrere erste Stellungen, in denen der Vorsprung nur mit einer bestimmten Nut
zusammenwirken kann. Alternativ können mehrere Vorsprünge mit unterschiedlichen Größen
verwendet werden.
[0016] Zudem ist es möglich, dasselbe Stellelement für unterschiedliche Nockenwellen zu
verwenden, die mit Vorsprüngen mit unterschiedlicher Größe versehen sind, was beispielsweise
den unterschiedlichen Axialkräften geschuldet sein kann, die zum Verstellen der Nockenwelle
wirken. Auch in diesem Fall wird gewährleistet, dass ein erster Vorsprung, der weiter
über die Nockenwelle radial hervor steht, tatsächlich nur in der für ihn vorgesehenen
Führungsnut verläuft und nicht fälschlicherweise am Kreuzungspunkt in eine andere
Führungsnut springt. Ein anderer Vorsprung, der beispielsweise weniger weit über die
Nockenwelle vorsteht, aber einen größeren Durchmesser als der erste Vorsprung aufweist,
kann somit daran gehindert werden, in eine falsche Führungsnut einzugreifen.
[0017] Es hat sich als vorteilhaft herausgestellt, wenn die Führungsnuten ein erstes Ende
und ein zweites Ende aufweisen, wobei die Führungsnuten im Bereich des ersten Endes
eine Anfangstiefe aufweisen und im Bereich des zweiten Endes auf null auslaufen. Mit
anderen Worten soll die Tiefe der Führungsnut allmählich abnehmen. In diesem Fall
wird das Stellelement vom Vorsprung selbst von der ersten Stellung in Richtung der
zweiten Stellung verschoben, wenn der Vorsprung die Führungsnuten durchläuft. Hierdurch
kann eine rein mechanische Rückstellung in die zweite Stellung erreicht werden. Weiterhin
wird verhindert, dass der Vorsprung gegen das Nutende anschlägt und somit auf Scherung
belastet wird, was zu einem Bruch des Vorsprungs führen könnte. Darüber hinaus wird
hierdurch erreicht, dass der Vorsprung nicht mehr von den Führungsnuten geführt wird,
wenn die Nockenwelle oder der Nockenwellenabschnitt in die gewünschte axiale Position
verschoben worden ist. Es wird verhindert, dass aufgrund von Fertigungsungenauigkeiten
oder Fluchtungsfehlern der Vorsprung in der Nut verkantet und folglich das Stellelement
nur noch mit erhöhtem Kraftaufwand in die zweite Stellung zurückgestellt werden könnte
oder gar blockiert wird.
[0018] In einer Weiterbildung weist das Stellelement einen Lagerungsabschnitt auf, mit dem
das Stellelement zwischen der ersten Stellung und der zweiten Stellung drehbar lagerbar
ist. Zwar wäre es auch denkbar, das Stellelement mit einer rein translatorischen Bewegung
zwischen der ersten und der zweiten Stellung hin und her zu bewegen, jedoch hat die
drehbare Lagerung den Vorteil, dass die Lagerung einfach und der Verstellweg besonders
kurz gehalten werden können. Zudem sind für das Bewegen des Stellelements in dieser
Ausführungsform nur sehr geringe Verstellkräfte notwendig.
[0019] Bevorzugt weist das Stellelement einen rohrförmig gewölbten Abschnitt auf, in welchem
der Führungsabschnitt angeordnet ist. Der mit dem Stellelemente zusammenwirkende Vorsprung
der Nockenwelle oder des Nockenwellenabschnitts bewegt sich auf einer Kreisbahn. Damit
der Vorsprung mit dem Führungsabschnitt zusammen wirken kann, muss auch der Führungsabschnitt
zumindest abschnittsweise dieser Kreisbahn folgen. Wird das Stellelement mit einem
rohrförmig gewölbten Abschnitt versehen, so kann das Stellelement materialsparend
gefertigt werden und in der ersten Stellung besonders dicht an die Nockenwelle herangeführt
werden. Es wäre zwar ebenfalls möglich, ein im Wesentlichen quaderförmiges Stellelement
zu verwenden, welches gewölbte Führungsnuten aufweist, was aber den Materialverbrauch
deutlich ansteigen ließe. Damit das Stellelement nicht mit der Nockenwelle kollidiert,
müssten in diesem Fall sehr lange Vorsprünge verwendet werden, die dann jedoch stark
auf Biegung und Scherung belastet würden, was die Gefahr des Bruches des Vorsprungs
erhöht. Zusätzlich kann der Vorsprung, der als Zapfen oder Stift ausgebildet sein
kann, gelagert sein oder ein gelagertes Eingriffselement aufweisen, mit dem er mit
dem Stellelement zusammenwirkt, um die auf den Vorsprung wirkenden Kräfte und Momente
zu reduzieren. Eine derartige Ausgestaltung des Vorsprungs kann auch für das erfindungsgemäße
Stellelement vorgesehen sein, ist aber in jedem Fall konstruktiv aufwendig. Wird das
Stellelement mit einem rohrförmig gewölbten Abschnitt versehen, müssen die Vorsprünge
aus den oben genannten Gründen nur über eine kurze Distanz radial über die Nockenwelle
vorstehen, was die Gefahr eines Bruchs aufgrund von Biege-und Scherbelastungen deutlich
reduziert, so dass keine zusätzlichen Maßnahmen zum Reduzieren der Belastungen erforderlich
sind. Hierdurch wird der Fertigungsaufwand gering gehalten.
[0020] Es ist bevorzugt, wenn der rohrförmig gewölbte Abschnitt bezogen auf eine Mittelebene
des Stellelements einen ersten Winkel von etwa 70° bis etwa 110° oder einen zweiten
Winkel von etwa 160° bis etwa 200° überstreicht. Insbesondere dann, wenn der rohrförmig
gewölbte Abschnitt einen Winkel von 90° oder von 180° überstreicht, lässt er sich
fertigungstechnisch besonders einfach herstellen. Zudem ist es möglich, mehrere Stellelemente
miteinander zu verbinden, beispielsweise zwei Stellelemente mit einem rohrförmig gewölbten
Abschnitt, der einen Winkel von 90° überstreicht, um ein Stellelement zu erlangen,
dessen rohrförmiger Bereich 180° überstreicht, so dass ein modularer Aufbau ermöglicht
wird. Zudem ist es möglich, zwei sich nicht tangential berührende, beabstandete Stellelemente,
die einen Winkel von 90° überstreichen, vorzusehen. Insbesondere dann, wenn der rohrförmig
gewölbte Abschnitt einen Winkel von 160° bis 200° überstreicht, kann das Stellelement
mit einem auf der Winkelhalbierenden des ersten oder zweiten Winkels angeordneten
Lagerungsabschnitt gelagert werden. In diesem Fall wird eine wippenartige Lagerung
des Stellelements realisiert. Der rohrförmig gewölbte Abschnitt wird dann vom Lagerungsabschnitt
in einen ersten und einen zweiten Unterabschnitt unterteilt. In diesem Fall kann das
Stellelement nicht nur zwischen der ersten und der zweiten, sondern zwischen der zweiten
und einer dritten Stellung bewegt werden. In der ersten Stellung kann der Vorsprung
in den ersten Unterabschnitt und in der dritten Stellung in den zweiten Unterabschnitt
eingreifen. In der zweiten Stellung verläuft der rohrförmig gewölbte Abschnitt in
etwa konzentrisch zur Nockenwellenachse, so dass der Vorsprung nicht mit dem Führungsabschnitt
zusammenwirkt. Das Stellelement kann so gelagert werden, dass beim Ausfall einer Bewegungseinrichtung,
mit welcher das Stellelement bewegt wird, sichergestellt ist, dass die Nockenwelle
oder der Nockenwellenabschnitt in einer nutzbaren Position verbleiben oder in diese
rückgestellt wird. Hierdurch kann der Verbrennungsmotor weiterhin betrieben werden
und die Nockenwelle oder der Nockenwellenabschnitt auch bei Ausfall der Bewegungseinrichtung
automatisch in eine unkritische Position zurück gestellt werden. Dies ist insbesondere
bei einer Zylinderabschaltung wichtig, so dass verhindert wird, dass bei Ausfall der
Bewegungseinrichtung alle Zylinder abgeschaltet werden können. Der Motor nimmt keinen
Schaden und das Fahrzeug hat weiterhin eine wenn auch eingeschränkte Funktion, so
dass der Fahrer ohne fremde Hilfe den Service aufsuchen kann. Die Ausfallsicherheit
wird hierdurch erhöht.
[0021] Vorzugsweise weist das Stellelement einen Betätigungsabschnitt auf, der mit einem
Aktuator zum Bewegen des Stellelements zwischen der ersten Stellung und der zweiten
Stellung zusammenwirkt. Insbesondere dann, wenn das Stellelement drehbar gelagert
ist, kann der Aktuator allein durch Drücken und/oder Ziehen Am Betätigungsabschnitt
unter Ausnutzung der Hebelverhältnisse mit einer sehr geringen Verstellkraft das Stellelement
zwischen der ersten und der zweiten Stellung bewegen. Eine besondere Ausgestaltung
des Betätigungsabschnitts ist nicht notwendig. Ferner kann der Aktuator sehr einfach
aufgebaut sein.
[0022] Weiterhin ist es bevorzugt, wenn der Betätigungsabschnitt eine Vertiefung oder eine
Durchgangsbohrung aufweist, in welche ein Stößel des Aktuators eingreift. In diesem
Fall wird im Gegensatz zu den aus dem Stand der Technik bekannten Lösungen zum Verschieben
einer Nockenwelle nur ein Stößel benötigt, was die Gestaltung des Aktuators deutlich
vereinfacht. Wenn der Stößel beim Verstellen des Aktuators in die Vertiefung oder
die Durchgangsbohrung eingreift, dient er zusätzlich noch zur Positionierung des Stellelements
und kann zudem noch Kräfte aufnehmen, so dass das Stellelement zusätzlich stabilisiert
wird.
[0023] Die Aufgabe wird weiterhin durch eine Vorrichtung zum axialen Verschieben einer Nockenwelle
oder eines Nockenwellenabschnitts gelöst, welche eine axial verschiebbare Nockenwelle
oder einen axial verschiebbaren Nockenwellenabschnitt, die einen oder mehrere Vorsprünge
aufweist, und ein Stellelement nach einem der vorherigen Ausführungsbeispiele aufweist.
Die Vorteile und technischen Effekte, die mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung erzielt
werden, entsprechen denjenigen, die für das erfindungsgemäße Stellelement erläutert
worden sind. Zusammenfassend sei an dieser Stelle darauf hingewiesen, dass es mit
der erfindungsgemäßen Vorrichtung möglich ist, die axiale Verstellung einer Nockenwelle
oder eines Nockenwellenabschnitts insbesondere deshalb besonders einfach auszugestalten,
da die Nockenwelle nicht mit schwierig zu fertigenden Führungsnuten versehen werden
muss, die zudem die Nockenwelle an dieser Stelle schwächen. Es genügt vielmehr, die
Nockenwelle oder den Nockenwellenabschnitt mit einem Vorsprung zu versehen oder einen
bereits auf der Nockenwelle oder dem Nockenwellenabschnitt vorhandenen Vorsprung,
nämlich einer der Nocken, zum axialen Verschieben der Nockenwelle zu verwenden. Der
Vorsprung kann dabei eine beliebige Form aufweisen und kann beispielsweise auch abgewinkelte
Konturen, die mit einem Schlepphebel vergleichbar sind, umfassen.
[0024] Vorzugsweise umfasst der Führungsabschnitt eine oder mehrere Führungsflächen des
Stellelements, die in Bezug zu einer Mittelebene des Stellelements zumindest abschnittsweise
geneigt sind und das Stellelement in Bezug auf die Nockenwelle so angeordnet ist,
dass die Mittelebene im Wesentlichen parallel zu einer senkrecht zu einer Nockenwellenachse
verlaufenden Nockenwellenebene verläuft. In dieser Ausgestaltung ist gewährleistet,
dass die Führungsflächen bezogen auf eine senkrecht zur Nockenwellenachse verlaufenden
Nockenwellenebene einen bestimmten Winkel einschließen, so dass eine parallel zur
Nockenwellenachse wirkende Kraft auf den Vorsprung ausgeübt wird, wenn die Nockenwelle
gedreht wird und sich das Stellelement in der ersten Stellung befindet. Durch diese
axial wirkende Kraft wird die Nockenwelle oder der Nockenwellenabschnitt entlang der
Nockenwellenachse verschoben.
[0025] Bevorzugt weist der Führungsabschnitt eine oder mehrere Führungsnuten auf, die in
Bezug zu einer Mittelebene zumindest abschnittsweise geneigt sind, wobei das Stellelement
in Bezug auf die Nockenwelle so angeordnet ist, dass die Mittelebene im Wesentlichen
parallel zu einer senkrecht zu einer Nockenwellenachse verlaufenden Nockenwellenebene
verläuft. Auch hierdurch wird erreicht, dass beim Drehen der Nockenwelle eine axiale
Kraft von den Führungsnuten auf den Vorsprung ausgeübt wird, wodurch die Nockenwelle
oder der Nockenwellenabschnitt axial verschoben wird.
[0026] Vorzugsweise weist das Stellelement einen Lagerungsabschnitt auf, mit dem das Stellelement
um eine Drehachse zwischen der ersten Stellung und der zweiten Stellung drehbar lagerbar
ist, wobei die Drehachse im Wesentlichen parallel zur Nockenwellenachse verläuft.
Dadurch, dass die Drehachse, um welche das Stellelement drehbar gelagert ist, parallel
zur Nockenwellenachse verläuft, wird gewährleistet, dass der Vorsprung mit dem gesamte
Führungsabschnitt zusammenwirken kann, wenn sich das Stellelement in der ersten Stellung
befindet. Zudem wird hierdurch erreicht, dass die Nockenwelle oder der Nockenwellenabschnitt
auf die gewünschte Weise axial verstellt wird.
[0027] Weiterhin kann die Vorrichtung einen Aktuator umfassen, der mit einem Betätigungsabschnitt
des Stellelements zum Bewegen des Stellelements zwischen der ersten Stellung und der
zweiten Stellung zusammenwirkt. Mit einem Aktuatoren ist es möglich, das Stellelement
auf die gewünschte Weise zwischen der ersten und der zweiten Stellung zu bewegen.
Insbesondere kann der Aktuator in einen Steuer- und Regelkreis eines Verbrennungsmotors
eingebunden werden, so dass die Nockenwelle oder der Nockenwellenabschnitt aufgrund
eines bestimmten Ereignisses axial in die eine oder andere Richtung verschoben werden
kann.
[0028] Vorzugsweise werden der oder die Vorsprünge von Nocken der Nockenwelle oder vom Nockenwellenabschnitt
gebildet. In diesem Fall muss die Nockenwelle oder überhaupt nicht besonders gefertigt
werden, um mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung axial verschoben werden zu können,
da die Nocken selbst so mit dem Stellelement zusammenwirken können, dass eine axiale
Verstellung der Nockenwelle oder des Nockenwellenabschnitts möglich ist. Ein zusätzlicher
Fertigungsaufwand an der Nockenwelle oder am Nockenwellenabschnitt ist nicht notwendig.
Folglich lässt sich die Nockenwelle besonders günstig herstellen, ohne auf die axiale
Verschiebbarkeit verzichten zu müssen.
[0029] In einer alternativen Ausgestaltung ist der Vorsprung als ein in der Nockenwelle
oder im Nockenwellenabschnitt befestigter Stift ausgebildet. Im Gegensatz zu der Ausgestaltung,
in welchem die Nocken selbst den Vorsprung bilden, ist zwar ein zusätzlicher Fertigungsaufwand
notwendig, um den Stift in der Nockenwelle oder im Nockenwellenabschnitt zu befestigen,
der aber im Vergleich zu den im Stand der Technik bekannten, axial verschiebbaren
Nockenwellen deutlich geringer ist, da die Nockenwellen erfindungsgemäß nicht mit
einer komplizierten Nut versehen werden müssen. Der Fertigungsaufwand zum Befestigen
des Stifts in der Nockenwelle oder im Nockenwellenabschnitt ist vergleichsweise gering.
Als Alternative zum Stift kann ein Bolzen oder ein Zapfen verwendet werden. Der Zapfen
kann dabei vom Grundkörper der Nockenwelle oder des Nockenwellenabschnitts gebildet
werden, so dass er kein separates Bauteil darstellt.
[0030] Dabei kann der Stift drehbar in der Nockenwelle oder im Nockenwellenabschnitt gelagert
sein. Wenn der Stift beim Drehen der Nockenwelle am Führungsabschnitt entlang bewegt
wird, gleitet der Stift auf dem Führungsabschnitt und es entsteht eine Reibung zwischen
dem Stift und dem Führungsabschnitt, die zu einem Abrieb des Stifts und des Führungsabschnitts
führen kann. Ist der Stift nicht drehbar in der Nockenwelle oder im Nockenwellenabschnitt
befestigt, entsteht der Abrieb immer im selben Bereich, so dass der Abrieb den Stift
in den betreffenden Bereichen abflacht, was mit der Zeit zu einem Bruch des Stifts
führen kann. Darüber hinaus wird das Maß der axialen Verstellung der Nockenwelle oder
des Nockenwellenabschnitts durch den Abrieb verändert, so dass das gewünschte Zusammenwirken
der Nocken mit dem Ventil nicht mehr gewährleistet sein kann. Zudem kann sich der
Abrieb störend auf den Betrieb der Nockenwelle und der erfindungsgemäßen Vorrichtung
auswirken. Wenn hingegen der Stift drehbar gelagert ist, wird der Stift gleichmäßig
abgerieben, so dass keine Abflachungen entstehen. Weiterhin kann der Abrieb dadurch
verringert werden, dass der Stift nicht am Führungsabschnitt entlang gleitet, sondern
auf dem Führungsabschnitt abrollt. Das Abrollen kann durch Aufrauen der Kontaktbereiche
zwischen dem Stift und dem Führungsabschnitt gefördert werden.
[0031] Darüber hinaus betrifft die Erfindung ein Verfahren zum axialen Versschieben einer
entlang einer Nockenwellenachse axial verschiebbar gelagerten Nockenwelle oder eines
entlang der Nockenwellenachse verschiebbar gelagerten Nockenwellenabschnitts, wobei
die Nockenwelle einen oder mehrere Vorsprünge aufweist, umfassend folgenden Schritt:
- Bewegen eines Stellelements zwischen einer ersten Stellung und einer zweiten Stellung
derart, dass ein Führungsabschnitt des Stellelements in der ersten Stellung mit einem
oder mehreren der Vorsprünge der Nockenwelle oder des Nockenwellenabschnitts so zusammenwirkt,
dass die Nockenwelle oder des Nockenwellenabschnitts durch Drehen um die Nockenwellenachse
axial verschiebbar ist, und der Vorsprung in der zweiten Stellung nicht mit dem Führungsabschnitt
zusammenwirkt.
[0032] Weiterhin betrifft die Erfindung die Verwendung eines Stellelements und einer Vorrichtung
nach einem der zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiele zum axialen Verschieben einer
entlang einer Nockenwellenachse verschiebbar gelagerten Nockenwelle oder eines entlang
der Nockenwellenachse verschiebbar gelagerten Nockenwellenabschnitts.
[0033] Die Vorteile und technischen Effekte, die mit dem erfindungsgemäßen Verfahren und
der erfindungsgemäßen Verwendung erzielt werden, entsprechen denjenigen, die für das
erfindungsgemäße Stellelement erläutert worden sind.
[0034] Die vorliegende Erfindung wird im Folgenden anhand von bevorzugten Ausführungsbeispielen
unter Bezugnahme auf die anhängenden Zeichnungen im Detail erläutert. Es zeigen
- Figur 1
- einen Nockenwellenabschnitt nach dem Stand der Technik,
- Figur 2
- ein erstes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Stellelements,
- Figur 3
- ein erstes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung mit dem in Figur
2 gezeigten Stellelement,
- Figur 4
- ein zweites Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung mit einem Stellelement
gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel,
- Figur 5
- ein drittes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Stellelements, und
- Figur 6
- ein drittes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung mit dem in Figur
5 gezeigten Stellelement.
[0035] Figur 1 zeigt einen Nockenwellenabschnitt 10 nach dem Stand der Technik. Der hier
gezeigte Nockenwellenabschnitt 10 weist einen im Wesentlichen hohlzylindrischen Grundkörper
12 mit einer Mantelfläche 14 auf, der aber auch als nicht dargestellter Vollzylinder
gefertigt sein kann. Wenn der Grundkörper 12 als Vollzylinder gefertigt wird, bildet
er den wesentlichen Teil einer hier nicht dargestellten Nockenwelle. Alternativ kann
eine um eine Nockenwellenachse AN drehbar gelagerte zylindrische Welle 15 (vgl. Figur
4) vorgesehen sein, auf welche der Nockenwellenabschnitt 10 axial entlang der Nockenwellenachse
AN verschiebbar gelagert ist. In diesem Fall bilden die Welle 15 und der Nockenwellenabschnitt
10 die wesentlichen Teile einer Nockenwelle. In regelmäßigen Abständen weist der Grundkörper
12 scheibenförmige Abschnitte 16 auf, die der Verstärkung des Grundkörpers dienen
und für die Lagerung des Nockenwellenabschnitts 10 verwendet werden können.
[0036] Weiterhin sind auf der Mantelfläche 14 drei Abschnitte 18 vorhanden, nämlich ein
erster Abschnitt 18
1, auf dem sich ein erster Nocken 20 befindet, ein zweiter Abschnitt 18
2, auf dem ein zweiter Nocken 22 angeordnet ist, und ein dritter Abschnitt 18
3, auf dem überhaupt kein Nocken angeordnet ist. Der erste Nocken 20 betätigt ein nicht
dargestelltes Ventil eines ebenfalls nicht dargestellten Verbrennungsmotors mit einer
ersten Hubkurve, während der zweite Nocken 22 das Ventil mit einer zweiten Hubkurve
betätigt, wodurch das Ventil weniger weit und für eine kürzere Zeit geöffnet wird
als mit der ersten Hubkurve. Im dritten Abschnitt 18
3 befindet sich überhaupt kein Nocken, so dass ein Ventil, welches mit dem dritten
Abschnitt 18
3 zusammenwirkt, beim Drehen des Nockenwellenabschnitts 10 überhaupt nicht betätigt
wird, was beispielsweise bei einem abgeschalteten Zylinder der Fall ist. Die Anzahl
der Abschnitte 18 ist nur beispielhaft gewählt. Prinzipiell kann die Anzahl der Abschnitte
18 frei gewählt werden, wird aber in der Praxis durch den verfügbaren Bauraum begrenzt.
[0037] Mit den unterschiedlichen Hubkurven kann der Verbrennungsmotor mit unterschiedlichen
Charakteristiken betrieben werden, beispielsweise in einem komfortbetonten oder einem
sportlichen Modus. Um den Verbrennungsmotor in den verschiedenen Modi betreiben zu
können oder einen Zylinder komplett abzuschalten, muss der Nockenwellenabschnitt 10
entlang der Nockenwellenachse A
N axial verschoben werden, so dass das Ventil mit einem der drei Abschnitte 18
1 bis 18
3 auf der Mantelfläche 14 des Nockenwellenabschnitts 10 zusammenwirken kann.
[0038] In Figur 2 ist ein erstes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Stellelements
24
1 anhand einer perspektivischen Darstellung gezeigt. Das erfindungsgemäße Stellelement
24
1 weist einen rohrförmig gewölbten Abschnitt 26 und einen Lagerungsabschnitt 28 auf.
Der Lagerungsabschnitt 28 ist in etwa hohlzylindrisch ausgestaltet, so dass das Stellelement
24
1 um eine Drehachse A
D drehbar gelagert werden kann. Die Lagerung kann auch so ausgestaltet sein, dass das
Stellelement 24
1 entlang der Drehachse A
D verschiebbar ist, was aber nicht erforderlich ist. Der rohrförmig gewölbte Abschnitt
26 wird von einer Mittelebene E, welche im Wesentlichen senkrecht zur Drehachse A
D verläuft, in zwei im Wesentlichen gleich große Hälften unterteilt. Weiterhin weist
das erfindungsgemäße Stellelement 24
1 eine Anzahl von Führungsabschnitten 30 auf, welche im dargestellten Beispiel von
Führungsflächen 32 und Führungsnuten 34 gebildet werden. Konkret weist das Stellelement
24
1 eine erste Führungsfläche 32
1 und eine zweite Führungsfläche 32
2 auf, welche gleichzeitig die in Bezug auf die Mittelebene E linke und rechte Außenflächen
des rohrförmig gewölbten Abschnitts 26 des Stellelements 24
1 darstellen. Die erste und die zweite Führungsfläche 32
1, 32
2 sind in Bezug auf die Mittelebene E um einen bestimmten Winkel geneigt, wobei der
Abstand zwischen den beiden Führungsflächen 32
1, 32
2 mit zunehmendem Abstand von der Drehachse A
D zunimmt. Folglich hat der rohrförmig gewölbte Abschnitt 26 in seiner Abwicklung eine
Trapezform.
[0039] Weiterhin sind auf der konkaven Seite des rohrförmig gewölbten Abschnitts 26 zwei
erste Führungsnuten 34
1 und zwei zweite Führungsnuten 34
2 auf, welche jeweils parallel zueinander verlaufen und in Bezug auf die Mittelebene
E ebenfalls geneigt sind. Es ist aber genauso gut möglich, die beiden ersten Führungsnuten
34
1 nicht parallel zueinander verlaufen zu lassen, was auch für die zweiten Führungsnuten
34
2 zutreffen kann. Im dargestellten Beispiel verlaufen die erste Führungsfläche 32
1 parallel zu den ersten Führungsnuten 34
1 und die zweite Führungsfläche 32
2 parallel zu den zweiten Führungsnuten 34
2, wobei auch hier andere Verläufe denkbar sind. Auch ist es möglich, mehr als zwei
erste Führungsnuten 34
1 und zwei zweite Führungsnuten 34
2 vorzusehen.
[0040] Die ersten Führungsnuten 34
1 und die zweiten Führungsnuten 34
2 sind in Bezug zueinander entgegengesetzt geneigt, so dass sich einige der Führungsnuten
34 innerhalb des rohrförmig gewölbten Abschnitts 26 kreuzen. Die beiden ersten Führungsnuten
34
1 weisen einen ersten Querschnitt Q
1 und die beiden zweiten Führungsnuten 34
2 weisen einen zweiten Querschnitt Q
2 auf, wobei der zweite Querschnitt Q
2 breiter ist als der erste Querschnitt Q
1. Im dargestellten Beispiel weisen sowohl die ersten als auch die zweiten Führungsnuten
34
1, 34
2 einen im Wesentlichen rechteckigen Querschnitt auf. Die Führungsnuten 34 weisen jeweils
ein erstes Ende X
1 und ein zweites Ende X
2 auf, wobei die ersten Führungsnuten 34
1 im Bereich des ersten Endes X
1 eine erste Anfangstiefe T
1 und die zweiten Führungsnuten 34
2 dort eine zweite Anfangstiefe T
2 aufweisen. Die erste Anfangstiefe T
1 ist geringer als die zweite Anfangstiefe T
2, wobei die Tiefen der ersten und der zweiten Führungsnuten 34
1, 34
2 mit zunehmender Entfernung vom Lagerungsabschnitt 28 abnehmen und auf null auslaufen.
[0041] In Figur 3 ist ein erstes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung
36
1 anhand einer perspektivischen Darstellung gezeigt. Die Vorrichtung 36
1 umfasst einen entlang der Nockenwellenachse AN axial verschiebbaren Nockenwellenabschnitt
10 sowie das in Figur 2 gezeigte Stellelement 24
1. Der Nockenwellenabschnitt 10 ist im Wesentlichen identisch zu derjenigen, die in
Figur 1 dargestellt ist, weist allerdings zwei Vorsprünge 38 auf, die in einem der
scheibenförmigen Abschnitte 16 angeordnet sind. Konkret sind die beiden Vorsprünge
38 als ein erster Stift 40 und ein zweiter Stift 42 realisiert, die um ein bestimmtes
Maß über den scheibenförmigen Abschnitt 16 radial hervor stehen und beispielsweise
als gehärtete Stifte 40, 42 ausgebildet sind. Die beiden Stifte 40, 42 sind in den
Nockenwellenabschnitt 10 eingepresst und fluchten miteinander. Es ist aber nicht notwendig,
dass die Stifte 40, 42 miteinander fluchten, wenn die Führungsabschnitte 30 entsprechend
ausgeführt sind. In Figur 3 ist gut erkennbar, dass der rohrförmig gewölbte Abschnitt
26 einen in der Mittelebene E liegenden Winkel von etwa 90° überstreicht. Ferner ist
zu erkennen, dass die Drehachse A
D, um welche das Stellelement 24
1 drehbar gelagert ist, und die Nockenwellenachse A
N parallel verlaufen. Zudem zeigt ein Vergleich der Figuren 2 und 3, dass das Stellelement
24
1 in Bezug auf den Nockenwellenabschnitt 10 so angeordnet ist, dass die Mittelebene
E parallel zu einer senkrecht zur Nockenwellenachse A
N verläuft. Das Stellelement 24
1 kann beispielsweise am Zylinderkopf oder am Ventiltrieb des Verbrennungsmotors oder
an der Motorabdeckung gelagert sein.
[0042] Das Stellelement 24
1 wird mit einem Stößel 44 eines nur stark vereinfacht dargestellten Aktuators 45 zwischen
einer ersten Stellung und einer zweiten Stellung bewegt. Der Aktuator kann dabei einen
Elektromagneten umfassen, wobei nur ein Stößel 44 genügt, um auch kompliziertere Verstellabfolgen
des Nockenwellenabschnitts 10 zu realisieren. Die erste Stellung soll dabei so definiert
sein, dass zumindest einer der Stifte 40, 42 mit dem Stellelement 24
1 zusammenwirkt, wohingegen die zweite Stellung so definiert sein soll, dass keiner
der Stifte 40, 42 mit dem Stellelement 24
1 zusammenwirkt. Die erste Stellung kann sich dabei aber während des Verschiebens des
Nockenwellenabschnitts 10 verändern. Um das Stellelement 24
1 zwischen der ersten und der zweiten Stellung zu bewegen, wirkt der Stößel 44 mit
einem Betätigungsabschnitt 46 zusammen, der im vorliegenden Beispiel eine Vertiefung
48 aufweist, in welche der Stößel 44 eingreift. Hierdurch nimmt der Stößel axial auf
das Stellelement 24
1 wirkende Kräfte auf. Weitere, hier nicht dargestellte Lagerungen des Stellelements
24
1 zum Aufnehmen von axial wirkenden Kräften sind denkbar. Alternativ kann der Betätigungsabschnitt
46 eine Durchgangsbohrung aufweisen. Prinzipiell kann der Stößel 44 aber auch an jeder
anderen Stelle des rohrförmig gewölbten Abschnitts 26 angreifen.
[0043] In Figur 3 befindet sich das Stellelement 24
1 in der zweiten Stellung, so dass keine der beiden Stifte 40, 42 mit dem Stellelement
24
1 zusammenwirkt. Wird der Stößel 44 vom Aktuator 45 zur Nockenwellenachse A
N hin in die erste Stellung verschoben, wirkt einer der beiden Stifte 40, 42 entweder
mit einer der Führungsflächen 32 oder einer der Führungsnuten 34 zusammen. In beiden
Fällen durchlaufen die Stifte 40, 42 die Führungsflächen 32 oder die Führungsnuten
34 ausgehend vom Lagerungsabschnitt 28 zum Betätigungsabschnitt 45, wenn der Nockenwellenabschnitt
10 in etwa um 90° gedreht wird. Infolgedessen gleitet einer der Stifte 40, 42 an einer
der Führungsflächen 32 oder einer der Führungsnuten 34 entlang, wodurch bedingt durch
ihre Neigung in Bezug auf die hier nicht dargestellte Mittelebene E eine entlang der
Nockenwellenachse A
N wirkende Kraft auf den betreffenden Stift 40, 42 ausgewählt übt wird, so dass der
Nockenwellenabschnitt 10 entlang der Nockenwellenachse A
N axial verschoben wird. Ist der Nockenwellenabschnitt 10 in die gewünschte axiale
Position verschoben worden, wird das Stellelement 24
1 wieder in die zweite Stellung bewegt.
[0044] Der in Figur 1 dargestellte Nockenwellenabschnitt 10 weist drei Abschnitte 18
1 bis 18
3 auf. Wenn sich der Nockenwellenabschnitt 10 in einer axialen Position befindet, in
welcher der erste Nocken 20 mit dem Ventil des Verbrennungsmotors zusammenwirkt, die
Motorcharakteristik aber geändert werden soll, so wird das Stellelement 24
1 an den Nockenwellenabschnitt 10 herangefahren, so dass der Stift 42 in die bezogen
auf Figur 2 rechte der beiden ersten Führungsnuten 34
1 eingreift. Hat der Stift 42 durch Drehen des Nockenwellenabschnitt 10 die rechte
erste Führungsnut 34
1 durchlaufen, so befindet sich der Nockenwellenabschnitt 10 in einer axialen Position,
in welcher der zweite Nocken 22 mit dem Ventil zusammenwirkt. Soll nun ein Zylinder
abgeschaltet werden, so wird das Stellelement 24
1 erneut an den Nockenwellenabschnitt 10 herangefahren, wobei die Neigung der Führungsnuten
34 so gewählt ist, dass der Stift 42 nach Durchlaufen einer Führungsnut 34 in die
nächste Führungsnut 34 eingreift. In diesen Fall greift der Stift 42 dann in die linke
der ersten Führungsnuten 34
1 ein, so dass der Nockenwellenabschnitt 10 weiter in dieselbe Richtung axial verschoben
wird, dass der Abschnitt 18
3 mit dem Ventil zusammenwirkt. Soll der Nockenwellenabschnitt 10 axial wieder zurückgeschoben
werden, so wird durch eine entsprechende Drehung des Nockenwellenabschnitts 10 entweder
der erste Stift 40 verwendet, der im Vergleich zum zweiten Stift 42 etwas weiter über
die Mantelfläche 14 hervorsteht, oder das Stellelement 24
1 wird etwas weiter an den Nockenwellenabschnitt 10 herangefahren und wieder der zweite
Stift 42 in Eingriff gebracht. Hierdurch wird sichergestellt, dass die Stifte 40,
42 nur von den tieferen zweiten Führungsnuten 34
2 geführt werden. Eine weitere axiale Verschiebung des Nockenwellenabschnitts 10 kann
darüber hinaus über die Führungsflächen 32
1 und 32
2 erfolgen.
[0045] Wie oben beschrieben, laufen die Führungsnuten 34 mit zunehmendem Abstand von der
Drehachse A
D auf null aus. Hierdurch wird eine Radiusreduzierung der Führungsnuten 34 erreicht,
was den Effekt hat, dass das Stellelement 24
1 vom Nockenwellenabschnitt 10 weg gedreht wird, wenn einer der Stifte 40, 42 die Führungsnuten
34 durchläuft. Die Führungsnuten 34 und die Stifte 40, 42 können dabei so ausgestaltet
sein, dass sich das Stellelement 24
1 bereits dann in der zweiten Stellung befindet, wenn die Stifte 40, 42 die Führungsnuten
34 vollständig durchlaufen haben. Zudem kann die auf das Stellelement 24
1 wirkende Gewichtskraft zum Bewegen zwischen der ersten und der zweiten Stellung durch
eine entsprechende Anordnung des Stellelements 24
2 in Bezug auf den Nockenwellenabschnitt 10 ausgenutzt werden. Alternativ kann das
Stellelement 24
1 vom Stößel 44 in die zweite Stellung gezogen werden oder ein Federmechanismus vorgesehen
sein, welcher das Stellelement 24 in die erste oder zweite Stellung vorspannt, so
dass der Stößel 44 nur eine in eine Richtung gerichtete Kraft aufbringen muss, wodurch
der Aktuator 45 sehr einfach aufgebaut sein kann. Alternativ kann der Aktuator auch
eine bistabilen Elektromagneten umfassen.
[0046] In Figur 4 ist ein zweites Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung
36
2 mit einem Stellelement 24
2 gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel anhand einer perspektivischen Darstellung
gezeigt. Hier ist gut erkennbar, dass ein erster und ein zweiter Nockenwellenabschnitt
10
1, 10
2 auf die auf nicht dargestellte Weise drehbar gelagerte Welle 15 aufgeschoben sind
und zusammen die wesentlichen Teile einer Nockenwelle bilden. Wiederum verlaufen die
Nockenwellenachse A
N und die Drehachse A
D parallel zueinander. Im Vergleich zum ersten Ausführungsbeispiel ist das Stellelement
24
2 gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel etwas breiter ausgestaltet, wobei der rohrförmig
gewölbte Abschnitt 26 wiederum einen Winkel von ca. 90° überstreicht. Aufgrund der
Breite des Stellelements 24
2 können die beiden Nockenwellenabschnitte 10
1, 10
2 mit demselben Stellelement 24
2 axial verschoben werden. So ist es beispielsweise möglich, die mit dem ersten Nockenwellenabschnitt
10
1 zusammenwirkenden Zylinder abzuschalten, während die Charakteristik der mit dem zweiten
Nockenwellenabschnitt 10
2 zusammenwirkenden Zylinder geändert wird. Dies gilt sowohl für die Einlass- als auch
für die Auslassnockenwelle. Die axiale Verschiebung der Nockenwellenabschnitte 10
1, 10
2 entlang der Nockenwellenachse A
N geschieht auf die oben beschriebene Weise.
[0047] In Figur 5 ist ein drittes Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Stellelements
24
3 anhand einer perspektivischen Darstellung gezeigt. Der wesentliche Unterschied zu
den anderen beiden Ausführungsbeispielen besteht darin, dass der rohrförmig gewölbte
Abschnitt 26 einen ersten Unterabschnitt 50 und einen zweiten Unterabschnitt 52 aufweist,
die jeweils einen Winkel von in etwa 90° überstreichen, so dass das Stellelement 24
3 gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel einen Winkel von 180° überstreicht, so dass
das Stellelement 24
3 die Form einer Rinne oder Halbschale aufweist. Der Lagerungsabschnitt 28 befindet
sich dabei in etwa in der Mitte des rohrförmig gewölbten Abschnitts 26, wo die beiden
Unterabschnitte 50, 52 aneinanderstoßen.
[0048] Figur 6 zeigt ein drittes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung 36
3 mit dem in Figur 5 gezeigten Stellelement 24
3, welches mit einem Nockenwellenabschnitt 10 zusammen wirkt. Der Nockenwellenabschnitt
10 weistzwei Stifte 40, 42 auf, die in Figur 6 nicht erkennbar sind und im Gegensatz
zu dem in Figur 3 gezeigten Ausführungsbeispiel nicht miteinander fluchten. Im dritten
Ausführungsbeispiel befindet sich das Stellelement 24
3 in der zweiten Stellung, wenn der erste Unterabschnitt 50 und der zweite Unterabschnitt
52 denselben Abstand zum Nockenwellenabschnitt 10 aufweisen, so dass das Stellelement
24
3 mit keinem der beiden Stifte 40, 42 zusammenwirkt. Wenn der Aktuator 45 den Stößel
44 zu sich hin zieht, wird das Stellelement 243 im eine erste Richtung um die Drehachse
A
D gedreht und der erste Unterabschnitt 50 des rohrförmig gewölbten Abschnitts 26 wirkt
mit dem in Figur 6 hinteren Stift 40 zusammen. Schiebt der Aktuator 45 den Stößel
44 von sich weg, wird das Stellelement 243 in die entgegengesetzte Richtung um die
Drehachse AD gedreht, so dass der vordere Stift 42 in die Führungsnuten 34 des zweiten
Unterabschnitts 52 des rohrförmig gewölbten Abschnitts 26 eingreift. Aufgrund der
wippenartigen Bewegung des Stellelements 24
3 ist die zweite Stellung eine Zwischenstellung zwischen den Endstellungen des Stellelements
24
3. Die axiale Verschiebung des Nockenwellenabschnitts 10 entlang der Nockenwellenachse
A
N geschieht auch hier auf die oben beschriebene Weise.
[0049] Eine Verschiebung ist auch auf andere Weise möglich: Je nach Ausgestaltung des Aktuators
45 kann die Nullstellung des Stößels 44 bei Nichtaktivierung des Aktuators 45 in der
zweiten Stellung des Stellelements 24
3 liegen. Folglich muss der Aktuator 45 aktiviert werden, um das Stellelement in die
eine oder andere Richtung um die Drehachse A
D zu drehen. Es ist aber auch möglich, den Aktuator 45 so auszugestalten, dass bei
Nichtaktivierung des Aktuators 45 das Stellelement in die erste Stellung gestellt
wird, in welcher der hintere Stift 40 mit dem ersten Unterabschnitt 50 zusammenwirkt.
Soll keine Zusammenwirkung stattfinden, so muss der Aktuator 45 aktiviert werden,
so dass er den Stößel 44 vorschiebt. Für den Fall, dass der hintere Stift 40 mit dem
ersten Unterabschnitt 50 zusammenwirkt, kann das Stellelement 24
3 so gedreht werden, dass der hintere Stift 40 auch im zweiten Unterabschnitt 52 mit
dem Stellelement 24
3 zusammenwirkt. Folglich kann der hintere Stift 40 nicht nur den ersten, sondern auch
den zweiten Unterabschnitt 52 durchlaufen, so dass mit nur einem Stift 40 eine sehr
große axiale Verschiebung der Nockenwelle oder des Nockenwellenabschnitts 10 ermöglicht
werden.
[0050] Eine andere Möglichkeit wäre jedoch die Verstellung mittels eines Verstellzapfens
vorzunehmen. Durch Drücken oder Ziehen des Aktuatorschlüssels kann eine der beiden
erwähnten Viertelschalen in Eingriff gebracht werden. Beispielsweise kann bei dieser
Ausführungsform ein Magnet drückend ausgebildet sein, der den Zapfen in eine Nocke
dreht. Der Zapfen dreht sich dann in Richtung Spur 26 und 50 und soll nicht in Eingriff
gebracht werden. Der Magnet wird drückend betätigt. Die Halbschale mit Verstellspur
ist nicht im Eingriff. Durchquert der Verstellzapfen die Drehachse 28 kann er in die
entsprechende Spur auf der zweiten Viertelschale eingespurt werden und verstellt die
Nocke beispielsweise nach links. Wird der Aktuator beim Einspuren auf die ersten Halbschale
in Spur 26 und 50 nicht betätig, so wird er beispielsweise nach rechts gedrückt. Analog
geschieht dies mit ziehenden Varianten.
Bezugszeichenliste
[0051]
- 10, 101, 102
- Nockenwellenabschnitt
- 12
- Grundkörper
- 14
- Mantelfläche
- 15
- Welle
- 16
- scheibenförmiger Abschnitt
- 181 bis 183
- Abschnitte
- 20
- erster Nocken
- 22
- zweiter Nocken
- 24, 241 bis 243
- Stellelemente
- 26
- rohrförmig gewölbter Abschnitt
- 28
- Lagerungsabschnitt
- 30
- Führungsabschnitt
- 32, 321, 322
- Führungsfläche
- 34, 341, 342
- Führungsnut
- 36, 361 bis 363
- Vorrichtung
- 38
- Vorsprung
- 40
- erster Stift
- 42
- zweiter Stift
- 44
- Stößel
- 45
- Aktuator
- 46
- Betätigungsabschnitt
- 48
- Vertiefung
- 50
- erster Unterabschnitt
- 52
- zweiter Unterabschnitt
- AD
- Drehachse
- AN
- Nockenwellenachse
- E
- Mittelebene
- EN
- Nockenwellenebene
- Q1
- erster Querschnitt
- Q2
- zweiter Querschnitt
- T
- Anfangstiefe
- T1
- erste Anfangstiefe
- T2
- zweite Anfangstiefe
- X1
- erstes Ende
- X2
- zweites Ende
1. Stellelement zum axialen Verschieben einer entlang einer Nockenwellenachse (A
N) verschiebbar gelagerten Nockenwelle oder eines auf einer Welle (15) entlang einer
Nockenwellenachse (A
N) verschiebbar gelagerten Nockenwellenabschnitts (10), wobei
- das Stellelement (24) zwischen einer ersten Stellung und einer zweiten Stellung
bewegbar ist,
- das Stellelement (24) einen Führungsabschnitt (30) aufweist, mit der ein oder mehrere
Vorsprünge einer axial verschiebbar gelagerten Nockenwelle oder eines axial verschiebbar
gelagerten Nockenwellenabschnitts (10) in der ersten Stellung so zusammenwirken, dass
die Nockenwelle oder der Nockenwellenabschnitt (10) durch Drehen um die Nockenwellenachse
(AN) axial verschiebbar ist, und
- der Vorsprung (38) in der zweiten Stellung nicht mit dem Führungsabschnitt (30)
zusammenwirkt.
2. Stellelement nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, dass der Führungsabschnitt (30) eine oder mehrere Führungsflächen (32) des Stellelements
(24) umfasst, die in Bezug auf eine Mittelebene (E) des Stellelements (24) zumindest
abschnittsweise geneigt sind.
3. Stellelement nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet, dass der Führungsabschnitt (30) eine erste Führungsfläche (321) und eine zweite Führungsfläche (322) umfasst, wobei die erste Führungsfläche (321) und die zweite Führungsfläche (322) in Bezug auf die Mittelebene (E) entgegengesetzt geneigt sind.
4. Stellelement nach einem der vorherigen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass der Führungsabschnitt (30) eine oder mehrere Führungsnuten (34) aufweist, die in
Bezug zu einer Mittelebene (E) zumindest abschnittsweise geneigt sind.
5. Stellelement nach Anspruch 4,
dadurch gekennzeichnet, dass der Führungsabschnitt (30) eine erste Führungsnut (341) und eine zweite Führungsnut (342) aufweist, wobei die erste Führungsnut (341) und die zweite Führungsnut (342) in Bezug auf die Mittelebene (E) entgegengesetzt geneigt sind.
6. Stellelement nach Anspruch 5,
dadurch gekennzeichnet, dass sich die erste Führungsnut (341) und die zweite Führungsnut (342) kreuzen.
7. Stellelement nach Anspruch 6,
dadurch gekennzeichnet, dass die erste Führungsnut (341) einen ersten Querschnitt (Q1) und die zweite Führungsnut (342) einen zweiten Querschnitt (Q2) aufweist, der sich vom ersten Querschnitt (Q1) unterscheidet.
8. Stellelement nach einem der Ansprüche 4 bis 7,
dadurch gekennzeichnet, dass die Führungsnuten (34) ein erstes Ende (X1) und ein zweites Ende (X2) aufweisen, wobei die Führungsnuten (34) im Bereich des ersten Endes (X1) eine Anfangstiefe (T) aufweisen und im Bereich des zweiten Endes (X2) auf null auslaufen.
9. Stellelement nach einem der vorherigen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass das Stellelement (24) einen Lagerungsabschnitt (28) aufweist, mit dem das Stellelement
(24) zwischen der ersten Stellung und der zweiten Stellung drehbar lagerbar ist.
10. Stellelement nach einem der vorherigen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass das Stellelement (24) einen rohrförmig gewölbten Abschnitt (26) aufweist, in welchem
der Führungsabschnitt (30) angeordnet ist.
11. Stellelement nach Anspruch 10,
dadurch gekennzeichnet, dass der rohrförmig gewölbte Abschnitt (26) bezogen auf eine Mittelebene (E) des Stellelements
(24) einen ersten Winkel von 70 bis 110° oder einen zweiten Winkel von 160 bis 200°
überstreicht.
12. Stellelement nach einem der vorherigen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass das Stellelement (24) einen Betätigungsabschnitt (46) aufweist, der mit einem Aktuator
(45) zum Bewegen des Stellelements (24) zwischen der ersten Stellung und der zweiten
Stellung zusammenwirkt.
13. Stellelement nach Anspruch 12,
dadurch gekennzeichnet, dass der Betätigungsabschnitt (46) eine Vertiefung (48) oder eine Durchgangsbohrung aufweist,
in welche ein Stößel (44) des Aktuators (45) eingreift.
14. Vorrichtung zum axialen Verschieben einer Nockenwelle oder eines Nockenwellenabschnitts
(10), umfassend
- eine axial verschiebbare Nockenwelle oder einen axial verschiebbaren Nockenwellenabschnitt
(10), die oder der einen oder mehrere Vorsprünge (38) aufweist, und
- ein Stellelement (24) nach einem der vorherigen Ansprüche.
15. Vorrichtung nach Anspruch 14,
dadurch gekennzeichnet, dass der Führungsabschnitt (30) eine oder mehrere Führungsflächen (32) des Stellelements
(24) umfasst, die in Bezug zu einer Mittelebene (E) des Stellelements (24) zumindest
abschnittsweise geneigt sind und das Stellelement (24) in Bezug auf die Nockenwelle
oder den Nockenwellenabschnitt (10) so angeordnet ist, dass die Mittelebene (E) im
Wesentlichen parallel zu einer senkrecht zu einer Nockenwellenachse (AN) verlaufenden Nockenwellenebene (EN) verläuft.
16. Vorrichtung nach Anspruch 13 oder 14,
dadurch gekennzeichnet, dass der Führungsabschnitt (30) eine oder mehrere Führungsnuten (34) aufweist, die in
Bezug zu einer Mittelebene (E) zumindest abschnittsweise geneigt sind und das Stellelement
(24) in Bezug auf die Nockenwelle oder den Nockenwellenabschnitt (10) so angeordnet
ist, dass die Mittelebene (E) im Wesentlichen parallel zu einer senkrecht zu einer
Nockenwellenachse (AN) verlaufenden Nockenwellenebene (EN) verläuft.
17. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 13 bis 16,
dadurch gekennzeichnet, dass das Stellelement (24) einen Lagerungsabschnitt (28) aufweist, mit dem das Stellelement
(24) um eine Drehachse (AD) zwischen der ersten Stellung und der zweiten Stellung drehbar lagerbar ist, wobei
die Drehachse (AD) im Wesentlichen parallel zur Nockenwellenachse (AN) verläuft.
18. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 13 bis 17,
dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung einen Aktuator (45) umfasst, der mit einem Betätigungsabschnitt (46)
des Stellelements (24) zum Bewegen des Stellelements (24) zwischen der ersten Stellung
und der zweiten Stellung zusammenwirkt.
19. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 13 bis 18,
dadurch gekennzeichnet, dass der oder die Vorsprünge (38) von Nocken (20, 22) der Nockenwelle oder vom Nockenwellenabschnitt
(10) gebildet werden.
20. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 13 bis 19,
dadurch gekennzeichnet, dass der Vorsprung (38) als ein in der Nockenwelle oder im Nockenwellenabschnitt (10)
befestigter Stift (40, 42) ausgebildet ist.
21. Vorrichtung nach Anspruch 20,
dadurch gekennzeichnet, dass der Stift (40, 42) drehbar in der Nockenwelle oder im Nockenwellenabschnitt (10)
gelagert ist.
22. Verfahren zum axialen Versschieben einer entlang einer Nockenwellenachse (A
N) axial verschiebbar gelagerten Nockenwelle oder eines entlang der Nockenwellenachse
verschiebbar gelagerten Nockenwellenabschnitts (10), wobei die Nockenwelle oder der
Nockenwellenabschnitt (10) einen oder mehrere Vorsprünge (38) aufweist, umfassend
folgenden Schritt:
- Bewegen eines Stellelements (24) zwischen einer ersten Stellung und einer zweiten
Stellung derart, dass ein Führungsabschnitt (30) des Stellelements in der ersten Stellung
mit einem oder mehreren der Vorsprünge (38) der Nockenwelle oder des Nockenwellenabschnitts
(10) so zusammenwirkt, dass die Nockenwelle oder der Nockenwellenabschnitt (10) durch
Drehen um die Nockenwellenachse (AN) axial verschiebbar ist, und der Vorsprung (38) in der zweiten Stellung nicht mit
dem Führungsabschnitt (30) zusammenwirkt.