DE102011078525A1 - Schiebenockensystem mit einer bistabilen Aktoreinheit - Google Patents
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Abstract
Description
- Gebiet der Erfindung
- Hubkolbenbrennkraftmaschine mit einem Kurbeltrieb, mit zumindest einem Zylinderkopf, dessen Ein- und Auslasskanäle von zumindest je einem als Ein- und Auslassventil ausgebildeten Gaswechselventil beherrscht sind, die durch Nocken zumindest einer Nockenwelle und von diesen angetriebenen Übertragungselementen betätigbar sind, wobei die Nocken als Schiebenocken mit zumindest zwei Nocken pro Schiebenockeneinheit ausgebildet sind, die drehfest aber axial verschiebbar auf einer Grundwelle angeordnet sind, wobei die Grundwelle brennkraftmaschinenfest geführt ist, und mit zumindest einer brennkraftmaschinenfesten Aktoreinheit mit zumindest einem Aktorstift zur Verschiebung der Schiebenockeneinheiten in unterschiedliche axiale Positionen mittels zumindest einer mit dem Aktorstift zusammenwirkenden Verschiebenut am Umfang der Schiebenockeneinheiten, die schraubenförmig ausgebildet, spiegelsymmetrisch zueinander angeordnet und zumindest eine Auswurframpe für den Aktorstift aufweisen, wobei neben den Verschiebenuten Hochkreisflächen an den Schiebenockeneinheiten vorgesehen sind und der Aktorstift in einer Führungshülse der Aktoreinheit verschiebbar gelagert, in Richtung zur Schiebenockeneinheit mittels einer Druckfeder belastbar ist, wobei der Federweg der Druckfeder in zumindest teilgespanntem Zustand mittels einer sperrbaren Rasteinrichtung fixierbar und die Rasteinrichtung mittels einer Elektromagneteinheit lösbar ist.
- Hintergrund der Erfindung
- Eine derartige Aktoreinheit für Hubkolbenbrennkraftmaschinen ist durch die
WO 2010/097 298 A1 - Um die Steuernadeln, insbesondere für zwei nebeneinander angeordnete Aktorstifte, zu entriegeln, ist eine große Elektromagneteinheit mit großem Bauraum erforderlich. Des Weiteren besteht das Problem, dass eine Rückbewegung der Aktorstifte bis zur inneren Endlage nicht hinreichend sicher gewährleistet ist, da die Rückbewegung nur durch die Auswurframpe an der Verschiebenut der Schiebenockeneinheit bewirkt wird.
- Aufgabe der Erfindung
- Aufgabe der Erfindung ist es, die zuvor beschriebenen Nachteile zu beheben und die Aktoreinheiten zu vereinfachen. Dabei soll es auch möglich sein, die Aktorstifte bei schwachem Impuls der Auswurframpe in die innere Ruhelage zu bewegen. Auch soll ein Rückwurfsignal in der Elektromagneteinheit erzeugt werden, das zuverlässig die innere Position der Aktorstifte registriert. Die vorgeschlagene Aktoreinheit soll darüber hinaus mit einfachen und kostengünstigen Mitteln herstellbar sein.
- Zusammenfassung der Erfindung
- Die Aufgabe der Erfindung wird dadurch gelöst, dass die Druckfeder sich an der Rasteinrichtung abstützt, dass an dem Aktorstift eine der Druckfeder gegengerichtete Stützfeder angreift, die sich an der Führungshülse oder einem mit ihr verbundenen Bauteil abstützt und dass die Druck- und Stützfeder mit der Rasteinrichtung eine bistabile Anordnung des Aktorstiftes bilden, wobei die Auslösung der bistabilen Anordnung durch die Elektromagneteinheit erfolgt. Durch diese Ausgestaltung wird erreicht, dass das Ausfahren des Aktorstiftes zunächst durch die Elektromagneteinheit bewirkt wird und zwar so weit, bis der Kipppunkt der bistabilen Anordnung des Aktorstiftes erreicht ist und die Rasteinrichtung gelöst ist, sodass dann die Druckfeder das vollständige Ausfahren des Aktorstiftes in die Verschiebenut übernimmt. Dadurch ist nur eine verhältnismäßig kleine elektromagnetische Kraft zum Zusammendrücken der Stützfeder erforderlich. Die Druckfeder übernimmt dann das schnelle Ausfahren des Aktorstiftes.
- In weiterer Ausgestaltung der Erfindung wird vorgeschlagen, dass die Rückführung des Aktorstiftes in Richtung zur Elektromagneteinheit zunächst durch die Auswurframpe und anschließend durch die Stützfeder erfolgt. Die Auswurframpe spannt beim Einschieben des Aktorstiftes auch die Druckfeder vollständig so weit bis die Rasteinrichtung die Sperrung der Druckfeder übernimmt. Die Stützfeder unterstützt dabei den Impuls der Auswurframpe, der zum Spannen der Druckfeder und Erreichen des Kipppunktes der bistabilen Anordnung geführt hat, und schiebt den Aktorstift vollständig gegen die stromlose Elektromagneteinheit zurück. Dadurch fährt der Aktorstift vollständig ein, sodass keine Berührung des Aktorstiftes mit der Hochkreisfläche zu befürchten ist. Dadurch ist weiterhin auch keine genaue Spieleinstellung des Aktorstiftes zur Schiebenockeneinheit erforderlich, da nach Erreichen des Kipppunktes die Stützfeder das Einfahren übernimmt.
- Weiterhin wird vorgeschlagen, dass die Führungshülse eine Erweiterung und/oder der Aktorstift eine Verengung auf, die als Arbeitsraum ausgebildet sind, in dem die Druckfeder, die Stützfeder und die Rasteinrichtung angeordnet sind. Der Aktorstift und die Führungshülse oder die mit ihnen verbundenen Bauteile weisen an den inneren Enden des Arbeitsraumes je eine kegelförmige in Richtung zur Elektromagneteinheit sich verengende, gegengerichtete Spreizund Stützfläche auf, mit denen vorzugsweise als Kugeln ausgebildete Rastkörper in Wirkverbindung stehen, wobei sich die Druckfeder an den Rastkörpern abstützt.
- Die Auswurframpe kann so die Druckfeder spannen, die sich z.B. über eine Scheibe an den Rastkörpern abstützt, wobei die Rastkörper an der kegelförmigen Stützfläche der Führungshülse so lange anliegen, bis die an dem Aktorstift angeordnete Spreizfläche eine Verschiebung der Rastkörper in die Verengung des Aktorstiftes freigibt und eine weitere Einwärtsbewegung des Aktorstiftes mit Hilfe der Stützfeder erlaubt.
- Dies wird dadurch erleichtert, dass zwischen einem der Elektromagneteinheit zugewandten Kopf des Aktorstiftes und der zugeordneten Wand der Führungshülse oder den mit ihnen verbundenen Bauteilen ein Spalt vorgesehen ist. Dabei ist die radiale Erstreckung der Erweiterung und/oder der Verengung gleich oder größer als die radiale Abmessung der Rastkörper abzüglich des ggf. vorhandenen Spaltes. Eine Verbesserung der Führung der als Kugeln ausgebildeten Rastkörper wird dadurch erreicht, dass die Rastkörper in einem Käfig geführt sind und dass die Druckfeder sich an dem Käfig abstützt. Dabei füllt die Dicke des vorzugsweise ringförmig ausgebildeten Käfigs den Spalt aus und ist gleitend in diesem geführt.
- Durch die zuvor beschriebenen Merkmale wird erreicht, dass die Elektromagneteinheit nur die Auslösung der Auswärtsbewegung des Aktorstiftes zu übernehmen braucht und den Aktorstift nur so weit gegen die Kraft der relativ schwachen Stützfeder zu bewegen braucht, bis die Rastkörper die Stützfläche an der Führungshülse erreichen. Dann kann sich die Druckfeder dort abstützen, sich entspannen und den Aktorstift in Richtung zur Schiebenockeneinheit bewegen.
- In weiterer Ausgestaltung der Erfindung wird vorgeschlagen, dass die Aktoreinheit zwei nebeneinander angeordnete Aktorstifte aufweist, die mittels eines Übertragungselements mit der Elektromagneteinheit in Wirkverbindung stehen. Das z. B. als Wippe ausgebildete Übertragungselement ist schwenkbar an einem Kugelkopf einer mit einem Anker der Elektromagneteinheit verbundenen Ankerstange gelagert.
- Durch die Wippe werden zunächst beide Aktorstifte aus ihrer inneren Position in Richtung zur Schiebenockeneinheit bewegt. Da aber nur ein Aktorstift eine passende Verschiebenut erreicht, trifft der andere Aktorstift auf eine Hochkreisfläche und wird an einer weiteren Auswärtsbewegung gehindert. Durch die schwenkbare Lagerung der Wippe wird der erstgenannte Aktorstift weiterbewegt, bis die Rastkörper die Stützfläche erreichen und die Druckfeder die weitere Auswärtsbewegung übernimmt. Die Wippe kann dabei durch einen Anschlag an der Elektromagneteinheit und eine hintergreifende Lagerung am Kugelkopf in ihrer gekippten Lage fixiert werden.
- Der weitere Aktorstift, dessen Auswärtsbewegung durch die Hochkreisfläche begrenzt wird, kann leicht durch die Stützfeder zurück bewegt werden, da die Druckfeder noch nicht aktiviert wurde und die Wippe die Rückwärtsbewegung freigibt.
- Kurze Beschreibung der Zeichnungen
- Zur weiteren Erläuterung der Erfindung wird auf die Zeichnungen verwiesen, in denen Ausführungsbeispiele der Erfindung vereinfacht dargestellt sind.
- Es zeigen:
-
1 : einen Schnitt durch eine vereinfacht skizzierte Aktoreinheit zur Erläuterung des Wirkprinzips, -
2 : einen Schnitt durch eine Aktoreinheit mit zwei Aktorstiften, die sich in der inneren Ruhelage befinden, -
3 : einen Schnitt gemäß2 , nach Auslösung der Auswärtsbewegung durch eine Elektromagneteinheit, -
4 : einen Schnitt gemäß2 , bei der ein Aktorstift auf die Hochkreisfläche der Schiebenockeneinheit auftrifft, -
5 : einen Schnitt gemäß2 mit Freigabe der Druckfeder bei einem Aktorstift und rückbewegtem, unbenutztem zweitem Aktorstift, -
6 : einen Schnitt gemäß2 mit vollständigem Eingriff des Aktorstiftes in eine Verschiebenut und -
7 : einen Schnitt gemäß2 mit Beginn des Spannens der Druckfeder aufgrund eines Impulses einer Auswurframpe. - Detaillierte Beschreibung der Zeichnungen
- In den
1 und7 ist, soweit im Einzeln dargestellt, mit1 allgemein eine Aktoreinheit bezeichnet. Sie weist eine Führungshülse2 auf, in der Aktorstifte3 gelagert und längsbeweglich geführt sind. Die Führungshülse2 steht mit einer Elektromagneteinheit4 in Verbindung, die in einer Gehäusehülse5 geführt ist, wobei die Gehäusehülse5 mit der Führungshülse2 und einem Befestigungsflansch6 verbunden ist. Die Aktorstifte3 stehen mit einer Schiebenockeneinheit7 (1 ) in Wirkverbindung, die eine Verschiebenut8 und daneben eine Hochkreisfläche9 aufweist. Die Führungshülse2 weist eine jedem Aktorstift3 zugeordnete Erweiterung10 und die Aktorstifte3 dazu passende Verengungen11 auf, die einen Arbeitsraum12 bilden. In dem Arbeitsraum12 ist eine Stützfeder13 und eine Druckfeder14 eingebaut, wobei die Stützfeder13 die Aktorstifte3 in Richtung zur Elektromagneteinheit4 und die Druckfeder14 die Aktorstifte3 in Richtung zur Schiebenockeneinheit7 belasten. Die Stütz-13 und Druckfedern14 greifen (2 bis7 ) an einem Hülsenflansch15 an, der sich an dem unteren, der Schiebenockeneinheit7 zugewandten Ende der Verengung11 abstützt. Die Druckfedern14 stehen mit einer Scheibe16 (1 ) oder einem Käfig17 (2 bis7 ) in Verbindung und belasten die als Kugeln ausgebildete Rastkörper18 in Richtung zur Elektromagneteinheit4 . Die Rastkörper18 stehen mit Spreizflächen19 an den Aktorstiften3 und mit Stützflächen20 an der Führungshülse2 oder einem Sitzring21 (2 bis7 ) in Wirkverbindung, die an den oberen der Elektromagneteinheit4 zugewandten Enden des Arbeitsraumes12 angeordnet sind. Die Spreizflächen19 und die Stützflächen20 sind kegelförmig ausgebildet, deren Spitzen in Richtung zu der Elektromagneteinheit4 zeigen. Zwischen einem Kopf22 der Aktorstifte3 und der Führungshülse2 (1 ) oder dem Stützring21 (2 bis7 ) ist ein Spalt23 vorgesehen, in dem der Käfig17 geführt ist. Die radiale Erstreckung der Erweiterung10 und der Verengung11 sind zumindest so groß, wie der Durchmesser der Rastkörper18 abzüglich der Dicke des Spaltes23 . Die Köpfe22 der Aktorstifte3 stehen direkt oder mittels einer Wippe24 mit einer Ankerstange25 in Verbindung, wobei die Ankerstange25 einen Kugelkopf26 aufweist und die Wippe24 den Kugelkopf26 hintergreift. Die Ankerstange25 ist mit einem Anker27 verbunden, der mittels einer Spule28 verschiebbar angeordnet ist. Zwischen dem Anker27 und einem Verschlussdeckel29 der Elektromagneteinheit4 sind Federn30 angeordnet, die die Bewegung des Ankers27 in Richtung Verschlussdeckel29 abbremsen und die Auslösung eines elektrischen Rückwurfsignals unterstützen. Gegebenenfalls wird zur Verstärkung des Rückwurfsignals ein Permanentmagnet an dem Anker27 im Bereich der Federn30 angebaut. In dem Verschlussdeckel29 und in einem der Führungshülse2 zugewandten Flansch31 der Elektromagneteinheit4 sind Lagerringe32 zur Führung der Ankerstange25 angeordnet. - Die Funktionsweise der Aktoreinheit
1 und der Steuerung der Aktorstifte3 erfolgt in folgenden Schritten:
Zunächst befinden sich die Aktorstifte3 gemäß2 in der inneren Lage, wobei die Rastkörper18 an der Spreizfläche19 der Aktorstifte3 anliegen und sich an der inneren Wand der Sitzringe21 im Spalt23 abstützen. Die Druckfedern14 sind gespannt, während die Stützfedern13 teilentspannt sind. Beide stützen sich gegeneinander an einer Flanschhülse15 ab, die an den unteren, der Schiebenockeneinheit7 zugewandten Enden der Verengungen11 anliegen. - Bei einer weiteren Auswärtsbewegung gemäß
3 befinden sich die Stützkörper18 noch an der zylindrischen Wand der Sitzringe21 , so dass lediglich eine Auswärtsbewegung durch die Ankerstange25 erfolgt ist und eine höhere Spannung in den Stützfedern13 vorliegt. - Wie in
4 dargestellt, hat der rechte Aktorstift die Hochkreisfläche9 kontaktiert, wobei diese den Aktorstift an einer weiteren Auswärtsbewegung hindert. Der Abstand des äußeren Endes der Aktorstifte3 zur Hochkreisfläche9 ist mit der Lage der zylindrischen Wand der Sitzringe21 so abgestimmt, dass die Rastkörper18 bei Kontaktieren des Endes der Aktorstifte3 mit der Hochkreisfläche9 die zylindrische Wand noch nicht verlassen haben, so dass die Stützfeder13 den Aktorstift3 wieder in seine innere Lage in Richtung Elektromagneteinheit3 rückbewegen können, wie es in5 dargestellt ist. - Der linke Aktorstift
3 wurde gemäß4 aufgrund einer Kippbewegung der Wippe24 weiterbewegt, so dass die Rastkörper18 die Stützfläche20 erreicht haben, wobei sich die Rastkörper18 dort abstützen und die Spreizfläche19 an den Aktorstiften3 verlassen. Die Druckfedern14 können sich nun auf die Rastkörper18 und die Stützfläche20 anstützen und ohne Hilfe der Elektromagneteinheit4 (siehe5 ) den Aktorstift vollständig nach außen in die Verschiebenut8 bewegen. - In
6 ist der rechte Aktorstift aufgrund der Kraft der Stützfeder13 wieder in seine Ausgangsposition zurückgeschoben worden. - Wie
7 zu entnehmen ist, befindet sich der linke Aktorstift3 aufgrund seines Kontaktes mit der Auswurframpe in Rückwärtsbewegung, wobei die Druckfeder14 gespannt wird. Da die Auswurframpe in radialer Richtung bis zur Höhe der Hochkreisfläche9 reicht, wird der linke Aktorstift3 weiter nach innen bewegt und zwar so weit, bis die Rastkörper18 die zylindrische Wand der Sitzringe21 erreicht haben. Danach schiebt die Stützfeder13 auch den linken Aktorstift3 vollständig nach innen, so dass auch in der Elektromagneteinheit4 ein Rückwurfsignal erzeugt wird, welches das vollständige Einfahren der Aktorstifte3 signalisiert. - Bezugszeichenliste
-
- 1
- Aktoreinheit
- 2
- Führungshülse
- 3
- Aktorstifte
- 4
- Elektromagneteinheit
- 5
- Gehäusehülse
- 6
- Befestigungsflansch
- 7
- Schiebenockeneinheit
- 8
- Verschiebenut
- 9
- Hochkreisfläche
- 10
- Erweiterungen
- 11
- Verengungen
- 12
- Arbeitsräume
- 13
- Stützfedern
- 14
- Druckfedern
- 15
- Hülsenflansche
- 16
- Scheibe
- 17
- Käfige
- 18
- Rastkörper
- 19
- Spreizflächen
- 20
- Stützflächen
- 21
- Sitzringe
- 22
- Köpfe
- 23
- Spalte
- 24
- Wippe
- 25
- Ankerstange
- 26
- Kugelkopf
- 27
- Anker
- 28
- Spule
- 29
- Verschlussdeckel
- 30
- Federn
- 31
- Flansch
- 32
- Lagerringe
- 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 2010/097298 A1 [0002]
Claims (10)
- Hubkolbenbrennkraftmaschine mit einem Kurbeltrieb, mit zumindest einem Zylinderkopf, dessen Ein- und Auslasskanäle von zumindest je einem als Ein- und Auslassventil ausgebildeten Gaswechselventil beherrscht sind, die durch Nocken zumindest einer Nockenwelle und von diesen angetriebenen Übertragungselementen betätigbar sind, wobei die Nocken als Schiebenocken mit zumindest zwei Nocken pro Schiebenockeneinheit (
7 ) ausgebildet sind, die drehfest aber axial verschiebbar auf einer Grundwelle angeordnet sind, wobei die Grundwelle brennkraftmaschinenfest geführt ist, und mit zumindest einer brennkraftmaschinenfesten Aktoreinheit (1 ) mit zumindest einem Aktorstift (3 ) zur Verschiebung der Schiebenockeneinheiten (7 ) in unterschiedliche axiale Positionen mittels zumindest einer mit dem Aktorstift (3 ) zusammenwirkenden Verschiebenut (8 ) am Umfang der Schiebenockeneinheiten (7 ), die schraubenförmig ausgebildet, spiegelsymmetrisch zueinander angeordnet und zumindest eine Auswurframpe für den Aktorstift (3 ) aufweisen, wobei neben den Verschiebenuten (8 ) Hochkreisflächen (9 ) an den Schiebenockeneinheiten (7 ) vorgesehen sind und der Aktorstift (3 ) in einer Führungshülse (2 ) der Aktoreinheit (1 ) verschiebbar gelagert, in Richtung zur Schiebenockeneinheit (7 ) mittels einer Druckfeder (14 ) belastbar ist, wobei der Federweg der Druckfeder (14 ) in zumindest teilgespanntem Zustand mittels einer sperrbaren Rasteinrichtung fixierbar und die Rasteinrichtung mittels einer Elektromagneteinheit (4 ) lösbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckfeder (14 ) sich an der Rasteinrichtung abstützt, dass an dem Aktorstift (3 ) eine der Druckfeder (14 ) gegengerichtete Stützfeder (13 ) angreift, die sich an der Führungshülse (2 ) oder einem mit ihr verbundenen Bauteil abstützt und dass die Druck- (14 ) und Stützfeder (13 ) mit der Rasteinrichtung eine bistabile Anordnung des Aktorstiftes (3 ) bilden, wobei die Auslösung der bistabilen Anordnung durch die Elektromagneteinheit (4 ) erfolgt. - Hubkolbenbrennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Rückführung des Aktorstiftes (
3 ) in Richtung zur Elektromagneteinheit (4 ) zunächst durch die Auswurframpe und anschließend durch die Stützfeder (13 ) erfolgt. - Hubkolbenbrennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Führungshülse (
2 ) eine Erweiterung (10 ) und/oder der Aktorstift (3 ) eine Verengung (11 ) aufweisen, die als Arbeitsraum (12 ) ausgebildet sind, in dem die Druckfeder (14 ), die Stützfeder (13 ) und die Rasteinrichtung angeordnet sind. - Hubkolbenbrennkraftmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Aktorstift (
3 ) und die Führungshülse (2 ) oder die mit ihnen verbundenen Bauteile an den inneren Enden des Arbeitsraum (12 ) je eine kegelförmige in Richtung zur Elektromagneteinheit (4 ) sich verengende, gegengerichtete Spreiz- (19 ) und Stützfläche (20 ) aufweisen, mit denen vorzugsweise als Kugeln ausgebildete Rastkörper (18 ) in Wirkverbindung stehen, wobei sich die Druckfeder (14 ) an den Rastkörpern (18 ) abstützt. - Hubkolbenbrennkraftmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen einem der Elektromagneteinheiten (
4 ) zugewandten Kopf (22 ) des Aktorstiftes (3 ) und der zugeordneten Wand der Führungshülse (2 ) oder den mit ihnen verbundenen Bauteilen ein Spalt (23 ) vorgesehen ist. - Hubkolbenbrennkraftmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die radiale Erstreckung der Erweiterung (
10 ) und/oder der Verengung (11 ) gleich oder größer ist als die radiale Abmessung der Rastkörper (18 ) abzüglich des ggf. vorhandenen Spaltes (23 ). - Hubkolbenbrennkraftmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Rastkörper (
18 ) in einem Käfig (17 ) geführt sind und dass die Druckfeder (14 ) sich an dem Käfig (17 ) abstützt. - Hubkolbenbrennkraftmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der vorzugsweise ringförmig ausgebildeten Käfig (
17 ) im Spalt (23 ) angeordnet und gleitend in diesem geführt ist. - Hubkolbenbrennkraftmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Aktoreinheit (
1 ) zwei nebeneinander angeordnete Aktorstifte (3 ) aufweist, die mittels eines Übertragungselementes mit der Elektromagneteinheit (4 ) in Wirkverbindung stehen. - Hubkolbenbrennkraftmaschine nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das als Wippe (
24 ) ausgebildetes Übertragungselement schwenkbar an einem Kugelkopf (26 ) einer mit einem Anker (27 ) der Elektromagneteinheit (4 ) verbundenen Ankerstange (25 ) gelagert ist.
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