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Gebiet der Erfindung
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Die Erfindung betrifft einen Schiebenockenaktor für ein Schiebenockensystem, mit zumindest einem Spulenkörper mit einer Wicklung, die von elektrischem Strom zum Erzeugen einer Magnetkraft durchfließbar ist, mit zumindest einem zum Spulenkörper benachbarten Magnetkern, in dem zumindest ein Führungsstift linear verschieblich gelagert ist und mit zumindest zwei Laufpins, die zum Eingreifen in je eine Nut eines Schiebenockens vorgesehen sind, sowie mit einer Permanentmagneteinheit, die wenigstens einen Permanentmagneten und wenigstens eine ferromagnetische Scheibe aufweist. Zum Betätigen von zwei Laufpins werden häufig zwei Permanentmagneteinheiten und zwei Führungsstifte verwendet.
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Aus dem Stand der Technik, bspw. der
DE 10 2007 028 600 A1 , ist eine elektromagnetische Stellvorrichtung bekannt mit einer Mehrzahl von elektromagnetischen Aktoreneinheiten, die zum Ausüben einer Stellkraft auf eine entsprechende Mehrzahl von langgestreckten, achsparallel zueinander gelagerten Stößeleinheiten selektiv einstellbar sind. Die Aktoreneinheiten sind entlang ihrer Stellrichtung zueinander achsparallel in einem gemeinsamen Gehäuse vorgesehen und bilden jeweils an einem den Stößeleinheiten zugewandten Eingriffsende einer zumindest abschnittsweise plane, axial in der Stellrichtung bewegbare Angriffsfläche aus. Eine eingriffsseitige Stirnfläche wirkt einer jeweiligen der Stößeleinheiten mit der Eingriffsfläche zusammen. Dabei sitzt mindestens eine der Mehrzahl der Stößeleinheiten mit ihrer eingriffsseitigen Stirnfläche exzentrisch und/oder mit lediglich einer Teilfläche auf der Eingriffsfläche der zugehörigen Aktoreneinheit auf, insbesondere haftet darauf magnetisch. Der Laufpin, der häufig exzentrisch zur Permanentmagneteinheit angeordnet ist, haftet also mit anderen Worten magnetisch an dieser Permanentmagneteinheit an. Das diesbezüglich bereits bekannte Prinzip soll als hier integriert gelten. Es gibt normalerweise keine weiteren Verbindungen zwischen der Permanentmagneteinheit und dem Laufpin, um die Funktionalität nicht negativ zu beeinflussen.
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Die
DE 10 2006 034 922 geht bei einem Ein-Pin-Aktor jedoch einen völlig anderen Weg und offenbart eine elektromagnetische Stellvorrichtung und ein Verfahren zu deren Herstellung. Dabei ist eine Spuleneinrichtung, im Wesentlichen bestehend aus einem einzigen Kern aus einem magnetischen Material, der von einer Spule umschlossen ist offenbart, und mit einem relativ zu der Spuleneinrichtung beweglich angeordneten Stellelement mit einem endseitig verschleißtest ausgebildeten Eingriffsbereich, bei der das Stellelement über eine Bestromung der Spuleneinrichtung mit einer Betätigungskraft beaufschlagbar ist. Dabei sind an dem Stellelement Permanentmagnetmittel angeordnet, über die das Stellelement in unbestromtem Zustand der Spuleneinrichtung an der Spuleneinrichtung magnetisch gehalten ist. Die
DE 10 2006 034 922 A1 schlägt vor, dass ein sicherer und verschleißarmer Stellbetrieb ermöglicht wird, und dennoch konstruktiv einfach und kostengünstig realisiert wird, wenn Entkopplungsmittel vorgesehen sind, über die das Stellelement zumindest im Eingriffsbereich von dem Permanentmagnetmitteln magnetisch entkoppelt ist.
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Bei bekannten Lösungen, etwa aus der
DE 10 2006 034 922 A1 , kann jedoch unter bestimmten Umständen bei äußeren Anregungen ein Verlust des Kontakts der Permanentmagneteinheit zum Laufpin auftreten, so dass der Laufpin aus dem Gehäuse des Schiebenockenaktors ausfährt.
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Selbst während des Betriebs im Kraftfahrzeug, in dem innerhalb einer Verbrennungskraftmaschine ein solcher Schiebenockenaktor eingesetzt ist, ist ein solches Verlieren des Laufpins im Sinne eines ungewollten Ausfahrens denkbar, insbesondere bei Vorliegens einer äußeren Anregung, wie einem mechanischen Schock. Dabei verliert der Laufpin dann seinen Kontakt zur Permanentmagneteinheit und fährt ungewollt aus. Dies kann evtl. nur zu einer ungewollten Verstellung der Schiebenockeneinheit führen. Ein kapitaler Motorschaden kann aber auch die Folge sein, wenn zum gleichen Zeitpunkt der zweite Laufpin ebenfalls, sei es gewollt oder ungewollt, ausgefahren ist.
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Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die Nachteile aus dem Stand der Technik zu beheben und eine Optimierung der Verbindung zwischen dem Laufpin und der Permanentmagneteinheit eines Aktors für Schiebenockensysteme zur Verfügung zu stellen.
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Offenbarung der Erfindung
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass zumindest einer der Laufpins stoff- und/oder formschlüssig mit der Permanentmagneteinheit verbunden ist oder ein integraler Bestandteil der Permanentmagneteinheit ist. Unter einem Laufpin wird insbesondere ein stiftartiges Stellelement verstanden.
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Gerade ein solches Schiebenockensystem wird verbessert, bei dem ein Aktor eingesetzt ist, in welchem ein exzentrisch zur Permanentmagneteinheit und/oder zu dem Spulenkörper angeordneter Laufpin magnetisch an der Permanentmagneteinheit, umfassend zumindest einen Permanentmagneten zwischen zumindest zwei ferromagnetischen Scheiben zusammen mit einem Führungsstift, haftet und keine weitere form- und/oder stoffschlüssige Verbindung besteht.
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Vorteilhafte Ausführungsformen sind in den Unteransprüchen beansprucht und werden nachfolgend näher erläutert.
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So ist es von Vorteil, wenn der Laufpin einen Abschnitt aufweist, der scheibenförmig verbreitert ist und flächig an dem Permanentmagnet anliegt oder der Laufpin zumindest teilweise flächig an einer vorzugsweise ferromagnetischen Scheibe der Permanentmagneteinheit anliegt, weiter vorzugsweise mit einer Axialfläche dort anliegt. Auf diese Weise kann einerseits eine Integrallösung erreicht werden oder andererseits eine komplette Formschlusslösung bzw. eine Teilformschlusslösung realisiert werden.
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Ein vorteilhaftes Ausführungsbeispiel ist auch dadurch gekennzeichnet, dass ein zapfenartiger Abschnitt des Laufpins durch zumindest einen Teil der Permanentmagneteinheit, die durch eine oder zwei ferromagnetische Scheiben und/oder den Permanentmagneten ragt, und stoff- und/oder formschlüssig an zumindest einem dieser Bauteile angebunden ist. Eine kostengünstige Verbindungsmöglichkeit ist dann nutzbar.
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Für die Fertigung ist es von Vorteil, wenn der zapfenartige Abschnitt an seinem spulenkörpernahen Ende eine Verdickung, etwa nach Art einer Verstemmung/Spaltverstemmung und/oder Verbördelung aufweist, die einem Entfernen des Laufpins von der Permanentmagneteinheit gegenwirkt.
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Wenn der zapfenartige Abschnitt durch ein Durchgangsloch, das sich durch zumindest eine der zwei ferromagnetischen Scheiben und/oder den scheibenartigen Permanentmagnet erstreckt, hindurchsteht und vorzugsweise axial- und/oder radial-spielbehaftet ist, um eine Drehbarkeit des Laufpins in der Nut des Schiebenockens im dort eingesetzten Zustand zu unterstützen, so hat dies positive Auswirkungen auf die Funktionalität.
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Es sei darauf hingewiesen, dass das Durchgangsloch in radialer Richtung auch einseitig offen ausgestaltet sein kann, etwa nach Art einer Rinne oder Nut.
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Die Montage kann vereinfacht werden, wenn der Führungsstift und/oder die dem Laufpin zugewandte Scheibe und/oder der Laufpin einteilig ausgeführt ist. Ein zwei oder drei der genannten Bauteile kombinierendes Monolithteil lässt sich kostengünstig vorfertigen und dann in den Schiebenockenaktor vertauschsicher einsetzen.
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Das Verbauen vorgefertigter Module bei einer Ausgestaltung verschiedener Schiebenockenaktoren für unterschiedliche Anwendungen, ist von Vorteil. Die wird erleichtert, wenn ein formschlüssig mit der Permanentmagneteinheit verbundenes Zusatzbauteil, wie eine Kappe, wie eine Hülse, wie ein Muffe oder wie ein Kopplungsspritzbaueil, etwa nach Art eines Kunststoffspritzgussteils, form- und/oder kraft- und/oder stoffschlüssig mit zumindest einem Bauteil der Permanentmagneteinheit verbunden ist.
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Für die Reduktion von Korrosion ist es auch von Vorteil, wenn das Kunststoffspritzgussteil die gesamte Permanentmagneteinheit umgibt und/oder den Führungspin ausbildet. Auch kann die gesamte Konzeption dadurch kompakter gestaltet werden.
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Wenn die Hülse auf dem zapfenartigen Abschnitt des Führungspins aufgepresst ist und/oder mit diesem verbördelt ist, so kann eine einfache Verliersicherung erreicht werden.
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Von Vorteil für die Funktion ist es auch, wenn der Führungsstift einen Distalabschnitt zum in Kontakt bringen mit dem Schiebenocken aus vorzugsweise verschleißfestem Material, wie bspw. gehärtetem 100 Cr 6 aufweist, und einen dem Spulenkörper nächstgelegenen Proximalabschnitt aus vorzugsweise Kunststoff, Leichtmetall oder amagnetischem Metall, etwa amagnetischem Stahl, aufweist.
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Unterschiedliche Ausführungsformen sind in einer Zeichnung näher erläutert und werden nachfolgend detailliert beschrieben.
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Es zeigen:
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1 eine erste erfindungsgemäße Ausführungsform eines im Längsschnitt teilweise dargestellten Schiebnockenaktors mit einer „Voll-Formschluss-Anbindung” des Laufpins an die Permanentmagneteinheit,
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2 eine Vergrößerung des Anbindungsbereiches II aus 1,
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3 eine alternative Ausführungsform des Laufpins in einer zur 2 vergleichbaren Darstellung,
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4 eine weitere Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Schiebenockenaktors mit einer „Teil-Formschluss-Anbindung” des Laufpins an einen Bestandteil der Permanentmagneteinheit, nämlich an die dem Laufpin nächstgelegene ferromagnetische Scheibe,
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5 eine vergrößerte Darstellung des Anbindungsbereiches V aus 4,
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6 eine weitere erfindungsgemäße Ausführungsform eines Schiebenockenaktors mit einer „Integrallösung”, in der der Laufpin ein integraler Bestandteil der Permanentmagneteinheit ist, insbesondere ein Teil der ferromagnetischen Scheibe ist,
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7 eine weitere erfindungsgemäße Ausführungsform eines Schiebenockenaktors in einer zu den 1, 4 und 6 vergleichbaren Darstellungsart, wobei eine „Verspritzungs-Lösung” gewählt ist, also der Laufpin an der Permanentmagneteinheit angespritzt ist,
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8 eine vergrößerte Darstellung des Anbindungsbereiches VIII aus 7,
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9 eine zu 1 vergleichbare Darstellung einer weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsform, wobei ein Zusatzbauteil, wie eine Kappe, eine Hülse, oder eine Muffe eingesetzt ist, und
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10 eine vergrößerte Darstellung des Bereiches X aus 9 mit höherem Detailierungsgrad des Formschlusses zwischen der dem Spulenkörper näheren ferromagnetischen Scheibe und dem hülsenartigen Zusatzbauteil.
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Die Figuren sind lediglich schematischer Natur und dienen nur dem Verständnis der Erfindung. Die gleichen Elemente sind mit denselben Bezugszeichen versehen.
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In 1 ist eine erste Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Schiebenockenaktors 1 dargestellt. Der Schiebenockenaktor 1 ist für ein Schiebenockensystem vorgesehen, der an einer Verbrennungskraftmaschine, wie einem Otto- oder Dieselmotor eingesetzt wird. Der Schiebenockenaktor 1 weist einen Spulenkörper 2 auf, der eine Wicklung aufweist, welche mit elektrischem Strom durchflossen werden können. Dann wird eine Magnetkraft erzeugt. Der Magnetkern 3 ist von der Wicklung eines Spulenkörpers 2 umgeben. Die Wicklung selbst kann auch als Spule 4 bezeichnet werden und ist ein Teil des Spulenkörpers 2.
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Im vorliegenden Ausführungsbeispiel sind zwei Spulenkörper 2, zwei Spulen 4 und zwei Magnetkerne 3 vorhanden, wobei in jedem der beiden Magnetkerne 3 ein Führungsstift 5 vorhanden ist, der jeweils in einem als Führungsbohrung 6 ausgebildeten Loch axialverschieblich gelagert ist.
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Jeder Führungsstift 5 steckt in einer Permanentmagneteinheit 7. Jede Permanentmagneteinheit 7 umfasst einen Permanentmagneten 8 und zwei diesen beidseitig umgebende ferromagnetische Scheiben 9.
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Die Permanentmagneteinheit 7 weist ein Durchgangsloch 10 auf, wobei in dem Durchgangsloch 10 ein Laufpin 11, genauer gesagt ein Aktorstift/Verschiebenockenstift steckt. Der Laufpin 11 kann aus Metall, vorzugsweise einer Stahllegierung hergestellt sein. Er kann einstückig ausgebildet sein oder aus mehreren Einzelabschnitten zusammengesetzt sein, wobei die Einzelabschnitte form-, stoff- und/oder kraftschlüssig miteinander verbunden sein können.
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Der Laufpin 11 ist zum Eindringen in eine Nut eines Schiebenockens, der nicht dargestellt ist, vorgesehen. Er ist ebenso, wie der Führungsstift 5, linear verschieblich angeordnet und greift durch ein Laufpin-Gehäuse 13 nach außen. Das Laufpin-Gehäuse 13 bildet zusammen mit einem Aktivteilgehäuse 14 das Gehäuse des Schiebenockenaktors.
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Der Laufpin 11 ist stoff- und/oder formschlüssig mit der Permanentmagneteinheit 7 verbunden oder ist sogar ein integraler Bestandteil dieser Permanentmagneteinheit 7. Bei der in 1 dargestellten Ausführungsform ist der Laufpin 11 aus nichtmagnetischem Material gefertigt und formschlüssig mit der Permanentmagneteinheit 7 verbunden. Hierbei befindet sich im Permanentmagneten 8 und in den beiden ferromagnetischen Scheiben 9 eine exzentrische Bohrung, die das Durchgangsloch 10 ausbildet. Durch diese Bohrung wird der auch als Zapfen bezeichnete zapfenförmige Abschnitt 12 des Laufpins 11 hindurch gesteckt und an der spulenkörpernahen Seite verbördelt und/oder verstemmt.
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Um Koaxialitäten zwischen dem Laufpin 11 und dem Führungsstift 5 auszugleichen, sind die Bohrungen im Permanentmagnet 8 und in den ferromagnetischen Scheiben 9 größer ausgeführt, als der Zapfen am Laufpin 11. Es ist aber auch denkbar, den Ausgleich zwischen dem Führungsstift 5 und der entsprechenden Führungsbohrung und/oder zwischen dem Laufpin 11 und der entsprechenden Führungsbohrung zu schaffen.
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Desweiteren wird die Verstemmung, möglichst als Spaltverstemmung, oder die Verbördelung des Zapfens am Laufpin 11 bevorzugt so ausgeführt, dass sich der Laufpin 11 noch drehen kann, um ein Abrollen in der Nut (nicht dargestellt) des Schiebenockens, welche auch als Verschiebenut bezeichnet werden kann, beim Verschieben des Schiebenockenstücks zu gewährleisten. Weiterhin kann das überstehende Laufpin-Ende als Anschlag zwischen dem Magnetkern 3 und der Parmanentmagneteinheit 8 in der Basisposition des Laufpins 11 genutzt werden.
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Anstelle der Bohrung ist es als Variante auch denkbar, eine radiale Nut im Permanentmagneten 8 und/oder den Scheiben 9 einzubringen.
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In 2 ist die Verstemmung/Verbördelung 15 gut zu erkennen. Unter Bezugnahme auf 3 sei darauf hingewiesen, dass es zur Verbesserung der Verschleißfestigkeit des Laufpins 11 möglich ist, diesen Laufpin 11 zweiteilig auszuführen. Der obere Teil, der mit der Permanentmagneteinheit 7 verbunden ist, kann aus amagnetischem Material und der untere Teil, welcher im Laufpin-Gehäuse 13 geführt wird und in die nicht dargestellte Verschiebenut eintaucht, aus einem verschleißfestem Material, wie z. B. 100 Cr 6 hergestellt werden. Die Verbindung dieser beiden Teile, also des oberen Teils und des unteren Teils kann stoffschlüssig, z. B. durch Schweißen, Kleben oder Löten und/oder formschlüssig, z. B. mittels Einpressens des Zapfens in die Bohrung, erfolgen.
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In den 4 und 5 ist eine zu der in den 1 und 2 dargestellten Ausführungsform abgewandelte Realisierung dargestellt. Hierbei hat nur die dem Laufpin 11 zugewandte Scheibe 9 eine exzentrische Bohrung. Der Laufpin 11 ragt mit einem Zapfen, also seinem zapfenförmigen Abschnitt 12, durch diese Scheibe 9 und ist mit dieser verbördelt bzw. verstemmt.
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Die nachfolgend erläuterten Aspekte der Erfindung lassen sich auf diese Ausführungsform anwenden, genauso wie die einzelnen Aspekte auch miteinander permutiert werden können.
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Besonders in 5 kann die Verstemmung/Verbördelung 15 des Laufpins 11, zwischen der dem Laufpin 11 nächstgelegenen ferromagnetischen Scheibe 9 und dem Permanentmagneten 8 gut erkannt werden. Die ferromagnetische Scheibe 9 muss nicht zwingend aus ferromagnetischem Material bestehen, was auch für die anderen Ausführungsformen gilt.
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In 6 ist eine weitere Variante der erfindungsgemäßen Lösung dargestellt. Bei dieser Ausführung ist an einem dem Permanentmagneten 8 zugewandten Laufpin-Ende eine exzentrisch angeordnete Scheibe angeformt, die die untere Scheibe der Permanentmagneteinheit 7 bildet.
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Mögliche Exzentrizitäten zwischen dem Führungsstift 5 und dem Laufpin 11 werden bei dieser Variante vorzugsweise mittels Spiel zwischen der Führungsbohrung 6 (für den Führungsstift 5) und dem Führungsstift 5 ausgeglichen. Allerdings ist es grundsätzlich auch möglich, ein entsprechendes Spiel zwischen dem Laufpin 11 und der dazugehörigen Führungsbohrung vorzusehen.
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Ein Abrollen des Laufpins 11 auf der Flanke der Verschiebenut während des Verschiebens des Verschiebestifts ist bei dieser Ausführung nicht möglich, so dass der Laufpin 11 über die Flanke gleiten muss. Alternativ zur angeformten Scheibe ist es auch denkbar, dass eine Scheibe stoffschlüssig, etwa mittels Schweißens, Lötens oder Klebens, mit dem Laufpin 11 verbunden wird.
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Auch bei dieser Lösung kann der Laufpin 11 zweiteilig aus amagnetischem und verschleißfestem Material hergestellt werden.
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Bei einer Lösung, bei der der Laufpin 11 und die Scheibe stoffschlüssig miteinander verbunden sind, ist es denkbar, die Scheibe aus ferromagnetischem Material, den oberen Laufpin-Bereich aus amagnetischem Material und den unteren Laufpin-Bereich aus verschleißfestem Material herzustellen. Es werden somit bei dieser Integrallösung drei Werkstoffe in ein und demselben Kombinations-Bauteil miteinander kombiniert.
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Als zusätzliche Ausführungsform ist es denkbar, dass der Laufpin 11, die dem Laufpin zugewandte Scheibe und der Führungsstift 5 einteilig ausgeführt sind.
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In dem in den 7 und 8 dargestellten Ausführungsbeispiel wird der Permanentmagnet 8, die ferromagnetischen Scheiben 9 und der Laufpin 11 zu einer Einheit umspritzt, wobei gleichzeitig mit der Umspritzung der Führungsstift 5 angeformt wird. Es wird somit ein Zusatzbauteil 16 eingesetzt, das als Kopplungsspritzbauteil nach Art eines Kunststoffspritzgussteils ausgebildet ist.
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Das Zusatzbauteil kann aus thermoplastischem oder duroplastischem Kunststoff bestehen.
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Desweiteren ist es denkbar, dass der Führungsstift 5 nicht aus Kunststoff hergestellt wird, sondern als Metallstift ausgeführt wird und mit den restlichen Komponenten, also dem Permanentmagneten 8, den Scheiben 9 und dem Laufpin 11 zu einer Einheit umspritzt wird.
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Mögliche Exzentrizitäten werden bei der Ausführung ebenfalls vorzugsweise mittels Spiel zwischen der Führungsbohrung 6 (für den Führungsstift 5) und dem Außendurchmesser des Führungsstifts 5 ausgeglichen.
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Ein Abrollen des Laufpins 11 auf der Flanke der Verschiebenut während des Verschiebens des Schiebestücks ist auch bei dieser Ausführung nicht möglich, so dass der Laufpin 11 über die Flanke gleiten muss.
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In dem in den 9 und 10 dargestellten Ausführungsbeispiel ist das Zusatzbauteil 16 als Kappe bzw. Hülse ausgebildet. Bei dieser gezeigten Ausführungsform werden der Laufpin 11 und die Permanentmagneteinheit 7 mittels der Kappe, die von der dem Laufpin abgewandten Seite auf den Laufpin 11 aufgepresst und/oder mit diesem verbördelt wird, verbunden.
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Wie zuvor kann auch bei dieser Ausführungsform der Laufpin 11 zweiteilig ausgeführt werden.
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Ein Abrollen des Laufpins 11 auf der Flanke der Verschiebenut während des Verschiebens des Schiebestücks bei dieser Ausführung wäre nicht möglich.
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Ein solcher Schiebenockenaktor 1 lässt sich in Schiebenockensystemen (CSS) mit exzentrisch zur Permanentmagneteinheit 7 angeordnetem Laufpin 11 einsetzen. Grundsätzlich ist die Erfindung auch für und bei zentrisch angeordnete(n) Laufpins einsetzbar.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Schiebenockenaktor
- 2
- Spulenkörper
- 3
- Magnetkern
- 4
- Spule
- 5
- Führungsstift
- 6
- Führungsbohrung
- 7
- Permanentmagneteinheit
- 8
- Permanentmagnet
- 9
- ferromagnetische Scheibe
- 10
- Durchgangsloch
- 11
- Laufpin
- 12
- zapfenförmiger Abschnitt
- 13
- Laufpin-Gehäuse
- 14
- Aktivteilgehäuse
- 15
- Verstemmung/Verbördelung
- 16
- Zusatzbauteil
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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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.
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102007028600 A1 [0002]
- DE 102006034922 [0003]
- DE 102006034922 A1 [0003, 0004]
