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Gebiet der Erfindung
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Die Erfindung betrifft einen Schiebenockenaktor für ein Schiebenockensystem, mit einem Gehäuse, das ein Gehäuseinneres definiert und mit zumindest einem darin befindlichen Spulenkörper, der eine Wicklung zum Erzeugen einer Magnetkraft bei Durchfluss von elektrischem Strom enthält, mit einem Anker, der einen Magnet, wie einen Permanentmagneten enthalten kann, ferner mit wenigstens einem mittels der Magnetkraft aus dem Gehäuse ausfahrbaren Laufpin, der zum Eintauchen in eine Verschiebenut eines Schiebenockens ausgelegt ist. Der Laufpin kann auch als Schaltstift bezeichnet werden. Die Verschiebenut kann auch als Schiebenut oder Eingriffsvertiefung bezeichnet werden.
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Die Erfindung betrifft auch ein Schiebenockensystem mit zumindest einer Nockenwelle, auf der wenigstens ein Schiebenocken mit einer Verschiebenut bzw. Schiebenut axial verschieblich aber drehfest angeordnet ist, in die ein Laufpin eines Schiebenockenaktors eingreift.
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Aus dem Stand der Technik sind bereits Ventiltriebe mit Nockenumschaltungen für Gaswechselventile einer Viertaktverbrennungskraftmaschine bekannt. So offenbart bspw. die
DE 10 2004 008 670 A1 einen Ventiltrieb mit Nockenumschaltung mit folgenden Merkmalen bzw. Bauteilen: Eine Keilwelle mit axialer Außenverzahnung und ein Nockenstück pro Zylinder mit Innenverzahnung, durch die das Nockenstück axial verschiebbar und mit der Teilwelle verdrehfest verbunden ist; das Nockenstück weist pro Gaswechselventil zwei nebeneinander liegende Nocken mit gleichem Grundkreisdurchmesser und ungleichem Hub auf; an beiden Enden des Nockenstücks sind zylindrische Endstücke vorgesehen, in deren Umfang je eine spiegelsymmetrisch ausgebildete Verschiebenut radial eingearbeitet ist; in jede Verschiebenut ist ein radial einfahrbarer, gehäusefester Aktuatorstift, wobei durch Zusammenwirken von Aktuatorstiften und Verschiebenuten das Nockenstück bei laufendem Motor axial hin- und herschiebbar ist, wobei die Verschiebenuten eine Beschleunigungsflanke mit einer Auftrefframpe aufweisen, deren konstante, geringe Steigung eine entsprechend konstante, niedrige axiale Anfangsgeschwindigkeiten des Nockenstücks und eine geringe Auftreffkraft der Aktuatorstifte verursacht. Ein entsprechendes Wirkprinzip wird als gattungsbildend betrachtet.
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Auch sind bereits Schiebenockenaktoren, bspw. elektromagnetische Stellvorrichtungen aus der
DE 10 2009 015 833 A1 bekannt. Dort wird eine solche Vorrichtung, für den Einsatz als Nockenversteller für Kolbenmotoren offenbart, mit einem zumindest teilweise die Form eines kreiszylindrischen Topfes aufweisenden Gehäuses, insbesondere aus weichmagnetischem Metall, mit einer am Topfboden im Gehäuse festgelegten Permanentmagneteinrichtung, mit einer Stromspuleneinrichtung und mit einem stößelartigen, im Gehäuse axial zwischen eingefahrener erster und ausgefahrener zweiter Schaltposition bewegbarem Stellglied mit einem daran befindlichen Hohlkörper, um das Stellglied durch anziehende Magnetkraftwirkung der Permanentmagneteinrichtung gegen die zwischen dem Stellglied und einer gehäuseseitigen Angriffsstelle wirkende Federkraft einer Federanordnung in der ersten Schaltposition zu halten, aus der sich das Stellglied bei bestromter Spuleneinrichtung und dadurch bewirktem Abbau der Magnetkraftwirkung unter Einfluss der Federkraft in die zweite Schaltposition bewegt, wobei die Federanordnung eine Entkoppeleinrichtung aufweist, mittels derer in der zweiten Schaltposition die Einwirkung der Federkraft auf die gehäuseseitige Angriffsstelle unterbindbar ist.
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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 Aktoren-einheiten 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 verschleißfest 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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Aus der
DE 10 2008 020 892 A1 ist auch eine Stellvorrichtung mit einem zwischen einer eingefahrenen Halteposition einer Arbeitsposition verfahrbaren Aktuatorstift, der auch als Laufpin bezeichnet werden kann, zur Verstellung eines Maschinenteils. Dabei ist offenbart, dass eine mit dem Aktuatorstift in dessen Arbeitsposition zusammenwirkende Verschiebenut vorhanden ist, die den Aktuatorstift zurück in dessen Halteposition verlagert, und dass insbesondere als auf einer Trägerwelle drehfest und längsverschiebbar angeordnetes Nockenstück eines hubvariablen Ventiltriebs einer Verbrennungskraftmaschine ausgebildet ist. Die Stellvorrichtung weist eine ansteuerbare Halte- und Lösevorrichtung zum Halten des Aktuatorstifts in der Halteposition zum Lösen des Aktuatorstifts aus der Halteposition auf. Dabei ist mittels selbsthemmender Sperrkörper der Aktuatorstift über die Halte- und Lösevorrichtung in der Halteposition fixiert. Es wird in dieser Druckschrift somit ein Grundprinzip für ein Klemmaktorenkonzept vorgestellt.
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Nach Durchleitung von elektrischem Strom durch die Wicklung, fährt der Laufpin aus, der dann jedoch federbedingt nach Wegfall der Aktivierung auch wieder einfahren kann. Beim Einfahren schlägt der Laufpin oder ein laufpinfestes Bauteil an einem Anschlag auf bzw. an, was zu einem Rückprellen des Laufpins nach dem Auswerfen des Laufpins aus der Verschiebenut führt. Dies kann in Doppelschaltungen bei hohen Drehzahlen resultieren, also dem Wiedereintauchen des Laufpins in die Verschiebenut, obwohl keine elektrische Aktivierung vorliegt. Der Laufpin taucht also wieder in die Verschiebenutkontur ein, was zu einer Beschädigung des Schiebenockens und/oder der Ventile führen kann. Es kann schlimmstenfalls sogar zu einem Totalausfall des Schiebenockensystems kommen.
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Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die bekannten Nachteile abzustellen und insbesondere bei fest verbundenem Anker einen inneren Anschlag des Aktors so zu adaptieren, dass das Abprellen von diesen verringert wird. Ein Ausfahren des Laufpins ohne Aktivierung des Spulenkörpers soll verhindert werden. Ein Auftreten unerwünschter Doppelschaltungen soll ebenfalls vermieden werden. Ein Herausschwingen, das im Stand der Technik bei bis zu ca. 2,6 mm und mehr liegt, soll verhindert werden.
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Offenbarung der Erfindung
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Diese Aufgabe wird bei einem gattungsgemäßen Schiebenockenaktor dadurch gelöst, dass ein Dämpfungselement gehäusefest so angeordnet ist, dass es eine Einfahrbewegung des Laufpins in das Gehäuseinnere dämpft oder puffert.
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Bei einem gattungsgemäßen Schiebenockensystem wird dies durch einen erfindungsgemäßen Schiebenockenaktor erreicht.
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Mit anderen Worten trifft zwar der Laufpin selbst bei fest verbundenem Anker auf den inneren Anschlag des Aktors, das Material des Anschlags ist aber aus einem Material, dessen Stoßzahl so niedrig ist, also dessen Restitutionskoeffizient so niedrig ist, dass ein erneutes Ausfahren des Pins in einem zulässigen Bereich bleibt bzw. ganz unterbleibt.
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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 das Dämpfungselement einen Restitutionskoeffizienten (k) zwischen 0,5 bis 0,01 aufweist, etwa 0,3, 0,25, 0,2, 0,15 oder 0,1. Auf diese Weise fährt der Laufpin nach dem Einfahren gar nicht oder nur so weit aus, dass er nicht mehr in die Verschiebenut eintauchen kann.
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Als besonders vorteilhaft hat es sich herausgestellt, wenn das Dämpfungselement Kupfer, Aluminium, Messing, Bronze, Kunststoff, insbesondere Silikon oder gemischtzelliges Polyurethan umfasst oder daraus besteht und/oder als Drahtgestrick, Metallkissen oder Vollkörper ausgeformt ist.
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Wenn der Anker über eine Federabstützung zumindest axial unverschieblich mit dem Laufpin verbunden ist, insbesondere fest mit diesem verbunden ist, sei es direkt oder indirekt, so kann eine besonders robuste und langlebige Schiebenockenausgestaltung erreicht werden.
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Dabei ist es von Vorteil, wenn das Dämpfungselement so angeordnet ist, dass es auf den Laufpin und/oder die Federabstützung und/oder den Anker direkt oder indirekt einwirkt. Unterschiedliche Stellen des Dämpfens lassen sich somit nutzen, was die Gestaltungsfreiheit beim Anpassen des Schiebenockens im Rahmen eines Rückhubaktors an unterschiedliche Verbrennungskraftmaschinenvarianten erleichtert.
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Als besonders zweckmäßig hat es sich auch herausgestellt, wenn die Federabstützung einen Bund aufweist, der im Einfahrzustand des Laufpins formschlüssig an dem scheiben- oder ringförmig ausgebildeten Dämpfungselement in Anlage befindlich ist. Dabei ist es möglich, dass das Dämpfungselement ein integraler Bestandteil der Federabstützung oder eines Halters ist.
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Um die Montage zu erleichtern, ist es von Vorteil, wenn das Dämpfungselement axial- und/oder drehunverschieblich an einem laufpinfesten Bauteil oder einem gehäusefesten Bauteil angebracht ist.
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Ein vorteilhaftes Ausführungsbeispiel ist auch dadurch gekennzeichnet, dass das Dämpfungselement kraft-, stoff- und/oder formschlüssig, etwa auch unter Nutzung eines Presssitzes, in einem am Gehäuse festgelegten Halter angebracht ist. Der Halter seinerseits kann ein integraler Bestandteil des Gehäuses sein, oder an diesem festgelegt sein. Der Halter und/oder das Gehäuse kann aus Metall, Kunststoff oder einem ähnlich geeigneten Werkstoff bestehen.
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Um auch ein langfristig gutes Ansprechen des Dämpfungselementes zu erreichen, ist es von Vorteil, wenn das Dämpfungselement einen Anschlag für ein laufpinfestes Bauteil, wie den Laufpin selbst, die Federabstützung und/oder den Anker während des Einfahrens des Laufpins bildet.
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Die Erfindung könnte mit anderen Worten auch dadurch beschrieben werden, dass der Anker des Aktors mit dem Laufpin und der Federabstützung fest verbunden ist, insbesondere in Axialrichtung fest. Der innere Anschlag des Aktors ist aus einem Material mit einer niedrigen Stoßzahl gefertigt. Dies führt bei richtiger Auswahl des Materials, z. B. Kupfer, Metallkissen aus einem Drahtgestrick, Kunststoff, gemischtzelligem Polyurethan, einer Aluminiumlegierung oder Bronze dazu, dass der Laufpin fast komplett im Gehäuse verbleibt. Ein E-Modul für das Dämpfungselement von 60.000 bis 150.000 N/mm2 ist dabei wünschenswert. Hierdurch kommt es zu keinen unerlaubten Doppelschaltungen mehr.
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Als Alternative kann auch die Federabstützung aus diesem Material gefertigt sein, es ist auch möglich, dass der Laufpin und die Federabstützung aus diesem Material sind. Es ist auch denkbar, dass der Anker gegen einen inneren Anschlag prellt.
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Die feste Verbindung zwischen Laufpin, Federabstützung und Anker kann unter anderem durch eine Pressung, Verstemmung, Schweißung, Vernietung oder andere geeignete Verfahren hergestellt wird.
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Die Erfindung wird auch nachfolgend mit Hilfe einer Zeichnung näher erläutert. Dabei ist ein erstes Ausführungsbeispiel dargestellt.
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Die Darstellungsart in der Zeichnung ist lediglich schematischer Natur und dient nur dem Verständnis der Erfindung.
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In der einzigen Figur, nämlich 1, ist ein erfindungsgemäßer Schiebenockenaktor 1 dargestellt. Der Schiebenockenaktor 1 kann in einem Schiebenockensystem einer Verbrennungskraftmaschine in einem Kraftfahrzeug, wie einem Pkw, einem Lkw, einem Motorrad oder einem ähnlichen Fahrzeug eingesetzt werden.
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Der Schiebenockenaktor 1 weist ein Gehäuse 2 auf, das ein Gehäuseinneres definiert. Im Gehäuseinneren ist ein Spulenkörper vorhanden, der eine Wicklung zum Erzeugen einer Magnetkraft bei Durchfluss von elektrischem Strom in Zusammenwirkung mit einem Anker 3 enthält. Die Wicklung kann einen Hohlkern aufweisen, wobei bei Bestromung der Wicklung eine Bewegung des Ankers 3 erzwungen wird.
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Der Anker 3 ist mit einer Federabstützung 4 fest verbunden. Die Federabstützung 4 ist im Anker 3 verpresst, verstemmt, verschweißt oder vernietet. Auch die Federabstützung 4 ihrerseits ist mit einem Laufpin 5 fest verbunden. Dabei steckt ein Zapfen 6 der Federabstützung 4 in einem Aufnahmebereich 7 des Laufpins 5. Der Zapfen 6 ist im Aufnahmebereich 7 verpresst, verstemmt, verschweißt oder vernietet. Auch eine integrale Ausgestaltung von Laufpin 5 und Federabstützung 4 ist theoretisch möglich.
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Der Laufpin 5 wird in einer Laufpinführung 8 geführt. Die Laufpinführung 8 ihrerseits ist fest mit einem Halter 9 verbunden, wobei der Halter 9 seinerseits fest mit dem Gehäuse 2 verbunden ist. Der Halter 9 weist einen radial nach innen zulaufenden Flanschabschnitt 10 auf, der ein Durchgangsloch 11 aufweist. In das Durchgangsloch 11 ist ein Dämpfungselement 12 eingesetzt, vorzugsweise fest eingepresst. Das Dämpfungselement 12 ist fest mit dem Flanschabschnitt 10 des Halters 9 verbunden.
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Auf der Laufpinseite des Dämpfungselementes 12, welches als Anschlag anliegt, ist ein Bund 13, nach Art einer Umfangsvergrößerung an der Federabstützung 4 ausgebildet. Auf der dem Dämpfungselement 12 abgewandten Seite des Bundes 13 sitzt eine Feder 14, nämlich eine Druckfeder 15, die als Schraubenfeder 16 ausgebildet ist und stützt sich an einer Verengung 17 der durchgängig hohlen Laufpinführung 8 ab. Die Schraubenfeder 16 umgibt einen Teil des Laufpins 5 konzentrisch und einen Teil der Federabstützung 4 konzentrisch.
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Im Gehäuse 2 ist die Wicklung, welche mit dem Bezugszeichen 18 versehen ist, eingebettet bzw. fest verbunden.
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Es ist natürlich auch möglich, die Wicklung 18 an die Stelle des Ankers 3 zu versetzen und den Anker 3 an die Stelle der Wicklung 18 zu versetzen, was jedoch etwas aufwendiger umzusetzen ist, aber andere Vorteile aufweist.
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Das Dämpfungselement 12 kann auch auf der laufpinabgewandten Seite des Ankers 3 angebracht werden, insbesondere am Gehäuse 2 festgelegt werden. Es kann auch in der Laufpinführung 8 befestigt werden, um den Laufpin 5 direkt beim Einfahren zu dämpfen.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Schiebenockenaktor
- 2
- Gehäuse
- 3
- Anker
- 4
- Federabstützung
- 5
- Laufpin
- 6
- Zapfen
- 7
- Aufnahmebereich
- 8
- Laufpinführung
- 9
- Halter
- 10
- Flanschabschnitt
- 11
- Durchgangsloch
- 12
- Dämpfungselement
- 13
- Bund
- 14
- Feder
- 15
- Druckfeder
- 16
- Schraubenfeder
- 17
- Verengung
- 18
- Wicklung
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102004008670 A1 [0003]
- DE 102009015833 A1 [0004]
- DE 102007028600 A1 [0005]
- DE 102006034922 [0006]
- DE 102006034922 A1 [0006]
- DE 102008020892 A1 [0007]
