DE102012211854B4

DE102012211854B4 - Aktorvorrichtung mit Fernübertragung

Info

Publication number: DE102012211854B4
Application number: DE102012211854.3A
Authority: DE
Inventors: Markus POPP; Harald Elendt
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2012-07-06
Filing date: 2012-07-06
Publication date: 2016-03-31
Anticipated expiration: 2032-07-07
Also published as: DE102012211854A1

Abstract

Aktorvorrichtung für ein Schiebenockensystem mit zumindest einem Schiebenocken, wobei die Aktorvorrichtung zumindest einen aus einem Gehäuse (5) herausragenden Aktorstift (7) aufweist, wobei das Gehäuse (5) an einem Bauteil eines Zylinderkopfes oder an dem Zylinderkopf (13) einer Brennkraftmaschine befestigbar ist und der Aktorstift (7) mit zumindest einer Nut des Schiebenockens kontaktierbar ist, die zumindest eine Auswurframpe aufweist, und wobei der Aktorstift (7) in Richtung zum Schiebenocken mittels einer Feder (9) belastet ist und in einer eingefahrenen, der Nut abgewandten Position festlegbar ist, die von einer elektrischen Betätigungseinheit (1) beherrscht ist, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Betätigungseinheit (1) ein bewegliches Betätigungselement aufweist, dass der Aktorstift (7) mittels zumindest einer arretierbaren Rasteinrichtung festlegbar ist, dass zumindest ein Rastelement der Rasteinrichtung mit zumindest einer Aussparung an dem Aktorstift (7) und einer Stützfläche eines der Aussparung zugeordneten Hinterschnitts an einem mit dem Gehäuse (5) verbundenen Bauteil oder dem Gehäuse (5) in Wirkverbindung steht, dass die Rasteinrichtung ein Schaltelement (12) aufweist, in dem das Rastelement radial zum Aktorstift (7) beweglich geführt und quer dazu festgelegt ist, dass das Schaltelement (12) zum Lösen der Arretierung gegen die Kraft zumindest einer Druckfeder (8) in Richtung zum Schiebenocken verschiebbar ist, dass der Aktorstift (7) versetzt zu einem Betätigungsstift (3) angeordnet ist, wobei zwischen der Rasteinrichtung des Aktorstifts (7) und der elektrischen Betätigungseinheit (1) Kopplungskugeln (6) vorgesehen sind, die in einer Führung abgestützt sind und dass zwischen den Kopplungskugeln (6) und dem elektrischen Betätigungselement (1) der Betätigungsstift (3) und zwischen den Kopplungskugeln (6) und dem Schaltelement (12) ein Übertragungsstift (11) eingebaut ist.

Description

Gebiet der Erfindung
Aktorvorrichtung für ein Schiebenockensystem mit zumindest einem Schiebenocken, wobei die Aktorvorrichtung zumindest einen aus einem Gehäuse herausragenden Aktorstift aufweist, wobei das Gehäuse an einem Bauteil eines Zylinderkopfes oder an dem Zylinderkopf einer Brennkraftmaschine befestigbar ist und der Aktorstift mit zumindest einer Nut des Schiebenockens kontaktierbar ist, die zumindest eine Auswurframpe aufweist und wobei der Aktorstift in Richtung zum Schiebenocken mittels Federn belastet ist und in einer eingefahrenen, der Nut abgewandten Position festlegbar ist, die von einer elektrischen Betätigungseinheit beherrscht ist.
Hintergrund der Erfindung
Eine derartige Aktorvorrichtung für Hubkolbenbrennkraftmaschinen ist durch die WO 2010/097 298 A1 bekannt. Die dort vorgesehene Rasteinrichtung weist Rastelemente auf, die in der Wand der hohl ausgebildeten Aktorstifte geführt sind und mit einer Schrägen an mit dem Gehäuse verbundenen Führungshülsen und mit kegeligen Sperrelementen in Wirkverbindung stehen. Werden die Sperrelemente durch die Elektromagneteinheit angezogen, so können sich die Rastelemente von der Schrägen lösen, so dass Federn den oder die Aktorstift(e) in Richtung zum Schiebenocken bewegen. Um die Steuerelemente, insbesondere für zwei nebeneinander angeordnete Aktorstifte zu entriegeln, ist eine große elektrische Betätigungseinheit mit großem Bauraum erforderlich. Die Sperrelemente weisen, um eine unabhängige Auslösung der Aktorstifte zu ermöglichen, verschieden gepolte Permanentmagnete auf, die mit einem unterschiedlich bepolbaren Elektromagneten der elektrischen Betätigungseinheit in Wirkverbindung stehen. Der Aufwand zum Betätigen der beiden Aktorstifte ist also groß.
Darüber hinaus besteht das Problem, dass die elektrische Betätigungseinheit und die Aktorstifte fluchtend ausgerichtet werden müssen, was die Anordnung der Aktorvorrichtung am Bauteil des Zylinderkopfes bzw. dem Zylinderkopf der Brennkraftmaschine einschränkt.
Es ist weiterhin bekannt, DE 10 2010 048 005 A1 , zwei Aktorstifte mit einer elektromagnetischen Betätigungseinrichtung zu kombinieren, die entweder eine Elektromagneteinheit oder einen elektrischen Drehmotor aufweist. Die Aktorstifte werden dabei gleichzeitig gelöst und mit dem jeweiligen Schiebenocken in Kontakt gebracht, wobei nur ein Aktorstift die Nut erreicht und der andere Aktorstift an dem sogenannten Hochkreis des Schiebenockens abgestützt wird.
Auch bei dieser Aktorvorrichtung ist eine große elektrische Betätigungseinheit erforderlich, die mit den Aktorstiften fluchtend ausgerichtet ist und die Anbaumöglichkeiten an der Brennkraftmaschine begrenzt.
Die DE 10 2010 005 071 A1 zeigt eine elektromagnetische Stellvorrichtung mit einer eine elektromagnetische Spulenvorrichtung umfassenden Betätigungsvorrichtung sowie mit zwei Stellgliedern, die parallel nebeneinander angeordnet sind. Die Betätigungseinrichtung dient dazu, eine Kraft auf die Stellglieder auszuüben und ein Stellglieder von einer ersten Position in eine zweite Position zu überführen. Ferner wird eine Sicherungseinrichtung offenbart, die ein gleichzeitiges Betätigen der zwei Stellglieder verhindert.
Die DE 10 2011 078 154 A1 zeigt eine Aktoreinheit mit zwei Aktorstiften, einer Arretierungsvorrichtung mit Klemmkörpern, zwei Steuernadeln sowie mit einer Permanentmagnetnadel. Die Aktorstifte und die zugehörigen Steuernadeln sind versetzt zu der Permanentmagnetnadel angeordnet; der daraus entstehende Achsversatz wird mittels einer Nadelbrücke ausgeglichen. Die gezeigte Aktoreinheit ermöglicht nicht, die Aktorstifte unabhängig voneinander mittels eines Elektromagneten ansteuern zu können.
Eine weitere Möglichkeit, die Wirkungsrichtung einer Kraft umzulenken, zeigt die DE 36 23 659 A1 . Offenbart ist eine Einrichtung zum Verklemmen relativ zueinander bewegbarer Teile, beispielsweise zum Verklemmen einer Nabe auf einer Welle. Ein am ersten Bauteil angeordneter, axial verschraubbarer Spreizkonus drückt Kugeln in radialer Richtung an die Kontaktfläche des zweiten Bauteils. Auf diese Weise erfolgt eine Kugelklemmung zwischen dem ersten und dem zweiten Bauteil.
Aufgabe der Erfindung
Aufgabe der Erfindung ist es, die zuvor beschriebenen Nachteile zu beheben und die Aktoreinheit so auszubilden, dass die fluchtende Anordnung zwischen elektrischer Betätigungseinheit und Aktorstiften aufgehoben wird. Dadurch kann die Aktorvorrichtung den räumlichen Gegebenheiten des Bauteils des Zylinderkopfes oder des Zylinderkopfes der Brennkraftmaschine angepasst werden. Dies soll sowohl für eine Aktorvorrichtung mit einem Aktorstift und einer elektromagnetischen Betätigungseinrichtung möglich sein, als auch bei zwei zusammengebauten Aktorstiften und zwei getrennten elektrischen Betätigungseinheiten. Die vorgeschlagene Aktorvorrichtung soll darüber hinaus mit einfachen und kostengünstigen Mitteln herstellbar sein.
Zusammenfassung der Erfindung
Die Aufgabe der Erfindung wird dadurch gelöst, dass die elektrische Betätigungseinheit ein bewegliches Betätigungselement aufweist, dass der Aktorstift mittels zumindest einer arretierbaren Rasteinrichtung festlegbar ist, dass zumindest ein Rastelement der Rasteinrichtung mit zumindest einer Aussparung an dem Aktorstift und einer Stützfläche eines der Aussparung zugeordneten Hinterschnitts an einem mit dem Gehäuse verbundenen Bauteil oder dem Gehäuse in Wirkverbindung steht, dass die Rasteinrichtung ein Schaltelement aufweist, in dem das Rastelement radial zum Aktorstift beweglich geführt ist und quer dazu festgelegt ist, dass das Schaltelement zum Lösen der Arretierung gegen die Kraft zumindest einer Druckfeder in Richtung zum Schiebenocken verschiebbar ist, dass der Aktorstift versetzt zu einem Betätigungsstift angeordnet ist, wobei zwischen der Rasteinrichtung des Aktorstifts und der elektrischen Betätigungseinheit Kopplungskugeln vorgesehen sind, die in einer Führung abgestützt sind und dass zwischen den Kopplungskugeln und dem Betätigungselement der Betätigungsstift und zwischen den Kupplungskugeln und dem Schaltelement ein Übertragungsstift eingebaut ist.
Diese Fernübertragungseinheit erlaubt eine Aufhebung der Fluchtung zwischen Aktorstift oder Aktorstiften und der/den elektrischen Betätigungseinheit(en) und einen Versatz zwischen diesen Bauteilen. Dadurch kann die Aktorvorrichtung so ausgebildet werden, wie es die räumlichen Gegebenheiten erlauben oder erfordern. Es kann z. B. ein kostengünstiger Zwei-Stift-Aktor Verwendung finden, der mit sämtlichen bekannten Nutformen kompatibel ist, wobei ohne Baueinschränkung jedem Aktorstift eine elektrische Betätigungseinheit zugeordnet werden kann, die ein unabhängiges Ausfahren jedes Aktorstiftes erlaubt. Es können enge Achsabstände der Aktorstifte verwirklicht werden und diese auf erheblich größere Achsabstände serienmäßiger elektrischer Betätigungseinheiten übertragen werden.
Das Rastelement steht mit zumindest einer Aussparung an dem Aktorstift und einer Stützfläche eines der Aussparung zugeordneten Hinterschnitts an einem mit dem Gehäuse verbundenen Bauteil oder dem Gehäuse in Wirkverbindung, wobei die Rasteinrichtung ein Schaltelement aufweist, in dem das/die Rastelement(e) radial zum Aktorstift beweglich geführt und quer dazu festgelegt sind, dass das Schaltelement zum Lösen der Arretierung gegen die Kraft zumindest einer Druckfeder in Richtung zum Schiebenocken verschiebbar ist und dass die Fernübertragungseinheit als Druckelement ausgeführt ist.
Das Druckelement weist Kopplungskugeln auf, die in einer Führung abgestützt sind. Dadurch ist das Druckelement in der Lage, die vom Betätigungselement der elektrischen Betätigungseinheit ausgehende Bewegung auf das Schaltelement zu übertragen und dadurch die Arretierung der Rasteinrichtung zu lösen. Zwischen den Kopplungskugeln und dem Betätigungselement ist ein Betätigungsstift und zwischen den Kopplungskugeln und dem Schaltelement ein Übertragungsstift eingebaut.
Um eine gute Führung der Kopplungsglieder sicherzustellen, wird vorgeschlagen, dass das Gehäuse zweiteilig als Halbschalen ausgeführt ist, die miteinander verbindbar sind, und dass das Gehäuse Ausformungen für den Aktorstift und die zugeordnete Führung aufweist. Es kann somit mit einfachen Mitteln ein Gehäuse zur Verfügung gestellt werden, das sowohl die Führung des Aktorstiftes oder der Aktorstifte, wie bekannt, übernimmt und gleichzeitig die Führung für die Kopplungsglieder zur Verfügung stellt.
Die Halbschalen können als Fräs- oder als Massivumformteile ausgeführt und mittels Laserschweißung miteinander verbunden sein. Das Gehäuse ist damit eine zentrale Baueinheit, mit der dann auch in vorteilhafter Weise eine oder zwei elektrische Betätigungseinheiten verbunden bzw. daran abgestützt sein können. Dadurch ist auch eine exakte Führung zwischen dem Betätigungselement der elektrischen Betätigungseinheit und den Kopplungskugeln möglich.
Es sei ausdrücklich darauf hingewiesen, dass diese Ausgestaltung nicht an das zweiteilige Gehäuse gebunden ist, sondern in gleicher Weise für das im Folgenden noch zu beschreibende Gehäuse ebenfalls gilt.
Es wird des Weiteren vorgeschlagen, dass das Gehäuse in alternativer Ausgestaltung als einstückiges Dreh-/Frästeil ausgeführt und dass zumindest ein Rohr als Führung für die Kopplungsglieder vorgesehen ist.
Dabei ist das zumindest eine Rohr mit dem Gehäuse und mit einem die elektrische Betätigungseinheit aufnehmenden Stützflansch verschweißt oder verpresst. Dadurch ergibt sich wiederum eine bauliche Verbindung zwischen dem Gehäuse und der elektromagnetischen Betätigungseinheit.
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: eine perspektivische Ansicht einer Aktorvorrichtung mit zweiteiligem Gehäuse,
2: einen Schnitt durch eine Aktorvorrichtung gemäß 1, die an einem Zylinderkopf angebaut ist,
3: einen Schnitt entsprechend 2 mit Rohren zwischen dem Gehäuse und den elektrischen Betätigungseinheiten,
4: eine skizzierte Draufsicht auf eine Aktorvorrichtung, bei der die Aktorstifte und die elektrischen Betätigungseinheiten in einer Ebene ausgerichtet sind und
5: eine skizzierte Draufsicht gemäß 4, bei der die Ebene durch einen Aktorstift und eine elektrische Betätigungseinheit gegenüber dem zweiten Aktorstift und der zweiten elektrischen Betätigungseinheit zueinander versetzt sind.
Detaillierte Beschreibung der Zeichnungen
In den 1 bis 5 sind, soweit im Einzelnen dargestellt, mit 1 elektrische Betätigungseinheiten mit Steckeranschlüssen bezeichnet, die umspritzte Spulen und Anker 2 aufweisen. Mit 3 sind Betätigungsstifte bezeichnet, die mit dem jeweiligen Anker 2 in Verbindung stehen und gemäß 2 in einem Gehäuse 5 sowie gemäß 3 in je einem Rohr 14 geführt sind. Die beiden elektrischen Betätigungseinheiten 1 sind an einem Stützflansch 4 geführt, der mit einem Zylinderkopf 13 einer nicht dargestellten Brennkraftmaschine verschraubt ist. Das Gehäuse 5 gemäß 2 weist eine eingearbeitete Führung auf, in der Kopplungskugeln 6 eingebaut sind, die mit den Betätigungsstiften 3 in Wirkverbindung stehen. In dem Gehäuse 5 eingearbeitet sind weiterhin Ausformungen für Aktorstifte 7, die in Führungshülsen 10 längs beweglich gelagert sind. Die Aktorstifte 7 stehen an ihrem inneren Ende mit Federn 9 in Verbindung, die gehäusefest abgestützt sind. Außerhalb der Aktorstifte 7 sind Druckfedern 8 eingebaut, die einerseits gehäusefest abgestützt sind und andererseits Schaltelemente 12 in Arretierrichtung belasten. Die Schaltelemente 12 stehen mit je einem Übertragungsstift 11 in Verbindung, die die Kopplungskugeln 6 kontaktieren, so dass eine Verschiebung der Betätigungsstifte 3 durch die Anker 2 eine Bewegung der Kopplungskugeln 6 und eine Verschiebung der Übertragungsstifte 11 und damit ein Lösen der Rasteinrichtungen bewirkt.
Wie 2 zu entnehmen ist, sind die elektrischen Betätigungseinheiten 1 an dem Gehäuse 5 abgestützt, so dass eine feste Baueinheit entsteht. Im Ausführungsbeispiel gemäß 3 besteht die Verbindung zwischen dem Gehäuse 5 und den elektrischen Betätigungseinheiten 1 über die Rohre 14, die mit ihren Enden mit dem Stützflansch 4 und dem Gehäuse 5 verbunden, z. B. verschweißt oder verpresst, sind.
Wie den 4 und 5 weiterhin zu entnehmen ist, können die elektrischen Betätigungseinheiten 1 gegenüber dem Gehäuse 5 nicht nur in einer Ebene, wie in 4 dargestellt, versetzt angeordnet sein, sondern auch in zwei Ebenen gemäß 5.
Bezugszeichenliste

1: elektrische Betätigungseinheiten
2: Anker
3: Betätigungsstifte
4: Stützflansch
5: Gehäuse
6: Kopplungskugeln
7: Aktorstifte
8: Druckfedern
9: Federn
10: Führungshülsen
11: Übertragungsstifte
12: Schaltelemente
13: Zylinderkopf
14: Rohre

Claims

Aktorvorrichtung für ein Schiebenockensystem mit zumindest einem Schiebenocken, wobei die Aktorvorrichtung zumindest einen aus einem Gehäuse (5) herausragenden Aktorstift (7) aufweist, wobei das Gehäuse (5) an einem Bauteil eines Zylinderkopfes oder an dem Zylinderkopf (13) einer Brennkraftmaschine befestigbar ist und der Aktorstift (7) mit zumindest einer Nut des Schiebenockens kontaktierbar ist, die zumindest eine Auswurframpe aufweist, und wobei der Aktorstift (7) in Richtung zum Schiebenocken mittels einer Feder (9) belastet ist und in einer eingefahrenen, der Nut abgewandten Position festlegbar ist, die von einer elektrischen Betätigungseinheit (1) beherrscht ist, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Betätigungseinheit (1) ein bewegliches Betätigungselement aufweist, dass der Aktorstift (7) mittels zumindest einer arretierbaren Rasteinrichtung festlegbar ist, dass zumindest ein Rastelement der Rasteinrichtung mit zumindest einer Aussparung an dem Aktorstift (7) und einer Stützfläche eines der Aussparung zugeordneten Hinterschnitts an einem mit dem Gehäuse (5) verbundenen Bauteil oder dem Gehäuse (5) in Wirkverbindung steht, dass die Rasteinrichtung ein Schaltelement (12) aufweist, in dem das Rastelement radial zum Aktorstift (7) beweglich geführt und quer dazu festgelegt ist, dass das Schaltelement (12) zum Lösen der Arretierung gegen die Kraft zumindest einer Druckfeder (8) in Richtung zum Schiebenocken verschiebbar ist, dass der Aktorstift (7) versetzt zu einem Betätigungsstift (3) angeordnet ist, wobei zwischen der Rasteinrichtung des Aktorstifts (7) und der elektrischen Betätigungseinheit (1) Kopplungskugeln (6) vorgesehen sind, die in einer Führung abgestützt sind und dass zwischen den Kopplungskugeln (6) und dem elektrischen Betätigungselement (1) der Betätigungsstift (3) und zwischen den Kopplungskugeln (6) und dem Schaltelement (12) ein Übertragungsstift (11) eingebaut ist.
Aktorvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (5) zweiteilig als Halbschalen ausgeführt ist, die miteinander verbindbar sind, und dass das Gehäuse (5) Ausformungen für den Aktorstift (7) und die Führung aufweist.
Aktorvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Halbschalen als Fräs- oder Massivumformteile ausgeführt und mittels Laserschweißung miteinander verbunden sind.
Aktorvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (5) als einstückiges Dreh-/Frästeil ausgeführt und zumindest ein Rohr (14) als Führung vorgesehen ist.
Aktorvorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das zumindest eine Rohr (14) mit dem Gehäuse (5) und der elektrischen Betätigungseinheit (1) oder einem die elektrische Betätigungseinheit (1) aufnehmenden Stützflansch (4) verschweißt oder verpresst ist.