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Gebiet der Erfindung
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Aktoreinheit eines Schiebenockensystems mit zumindest einem Schiebenocken und mit mehreren in einer Aktorführung verschiebbaren Aktorstiften, wobei die Aktoreinheit an einem Bauteil eines Zylinderkopfes oder an dem Zylinderkopf einer Hubkolbenbrennkraftmaschine befestigbar ist, wobei die Aktorstifte durch Herausbewegen aus der Aktorführung mit zumindest einer Nut des Schiebenockensystems kontaktierbar sind und mit zumindest einem Ankerelement in Wirkverbindung stehen und in Richtung zum Ankerelement federbelastet sind und wobei das Ankerelement durch ein elektromagnetisches Spulenelement in Richtung zu den Aktorstiften verschiebbar ist.
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Hintergrund der Erfindung
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Eine derartige Aktoreinheit ist aus der
DE-10 2007 028 600 A1 bekannt. Bei dieser Aktoreinheit sind drei Aktorstifte in Reihe nebeneinander angeordnet, um Nuten eines Schiebenockensystems kontaktieren zu können. Jedem Aktorstift ist eine getrennte Elektromagneteinheit mit Ankerelement und elektromagnetischem Spulenelement zugeordnet, wobei diese Einheiten so gegeneinander versetzt sind, dass sie die Aktorstifte kontaktieren können. Die Aktoreinheit ist daher wegen der jedem Aktorstift zugeordneten drei Elektromagneteinheiten aufwändig in der Bauweise und großvolumig, aufwändig in den Kosten, da drei getrennte Elektromagneteinheiten erforderlich sind, und darüber hinaus auch aufwändig in der elektrischen Schaltung und Stromversorgung, da alle Spulen mit voller Stromstärke angesteuert werden müssen.
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Aufgabe der Erfindung
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Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Aktoreinheit mit den eingangs beschriebenen Merkmalen so zu verbessern, dass die beschriebenen Nachteile vermieden werden und eine einfache, kostengünstige sowie bezüglich Raum, Bauaufwand und Strombedarf reduzierte Aktoreinheit zur Verfügung gestellt wird.
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Zusammenfassung der Erfindung
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Die Aufgabe der Erfindung wird dadurch gelöst, dass das Ankerelement und/oder eine mit dem Ankerelement in Verbindung stehende Baueinheit derart von einer Drehvorrichtung beherrscht ist, dass die Aktorstifte einzeln nach Betätigung der Drehvorrichtung durch das elektromagnetische Spulenelement verschiebbar sind. Das Grundprinzip der Erfindung besteht darin, dass zur Herausbewegung der Aktorstifte aus der Aktorführung ein einziges Ankerelement und ein einziges elektromagnetisches Spulenelement, auch Hauptspuleneinheit genannt, benutzt wird, wobei zum Verdrehen des Ankerelements, das ggf. mit einer Schubstange versehen ist, oder eines weiteren Bauteils eine Drehvorrichtung vorgesehen ist, die erheblicher kleiner und kompakter ausgebildet sein kann als die Hauptspuleneinheit, da sie die Verdrehung in kraftlosem Zustand der Hauptspuleneinheit vornehmen kann. Statt des Ankerelements kann auch ein weiteres Bauteil verdreht werden, das zwischen dem Ankerelement und den Aktorstiften angeordnet sein kann.
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In einer Ausgestaltung der Erfindung wird vorgeschlagen, dass eine Drehspuleneinheit vorgesehen ist, die mit der Schubstange des Ankerelements oder dem Ankerelement magnetisch verbindbar ist, dass ein Drehfederelement eingebaut ist, das mit der Schubstange des Ankerelements oder dem Ankerelement in Wirkverbindung steht, wobei die Drehkraft des Drehfederelements der Drehkraft der Drehspuleneinheit gegengerichtet ist, und dass die Schubstange zumindest einen exzentrisch angeordneten Steuerfinger aufweist, der mit zumindest je einem Aktorstift kontaktierbar ist. Dabei kann der Steuerfinger nach Verdrehen der Schubstange bez. des Ankerelements durch das Drehfederelement einen Aktorstift kontaktieren und nach Bestromung der Hauptspuleneinheit diesen aus der Aktorführung herausbewegen. Ein anfängliches Bestromen der Drehspuleneinheit bewirkt ein Verdrehen der Schubstange gegen die Kraft des Drehfederelements, wobei der Steuerfinger einen anderen Aktorstift kontaktiert und nach Bestromung der Hauptspuleneinheit diesen aus der Aktorführung verschiebt.
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In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung wird vorgeschlagen, dass zwischen dem Ankerelement und den Aktorstiften eine Trommel drehbar geführt ist, dass eine Drehspuleneinheit vorgesehen ist, die mit der Trommel magnetisch verbindbar ist, dass ein Drehfederelement eingebaut, das mit der Trommel in Wirkverbindung steht, wobei die Drehkraft des Drehfederelements der Drehkraft der Drehspuleneinheit gegengerichtet ist, und dass in der Trommel zumindest ein Steuerstift exzentrisch angeordnet und axial verschiebbar gelagert, der mit zumindest je einem Aktorstift kontaktierbar ist. Dabei wird der Steuerstift ähnlich dem Steuerfinger durch Verdrehen der Trommel durch das Drehfederelement oder die Drehspuleneinheit mit einem oder einem andren Aktorstift in Verbindung gebracht, sodass die an der Stirnseite eben ausgebildete Schubstange nach Bestromung des elektromagnetischen Spulenelements den Steuerstift und dann den entsprechenden Aktorstift herausbewegt.
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Wird der radiale Abstand des Steuerfingers oder des Steuerstiftes von der jeweiligen Drehachse hinreichend groß gewählt, so können auch mehrere, das heißt mehr als zwei, Aktorstifte betätigt werden. Dabei spielt die Größe, ggf. auch die unterschiedliche Größe, der scheibenförmigen Erweiterungen an den inneren Enden der Aktorstifte eine Rolle, damit der Steuerfinger oder der Steuerstift beim Verdrehen auf dem Kreisbogen den vorgesehenen Aktorstift kontaktieren kann. Die Ränder der scheibenförmigen Erweiterungen reichen dabei bis auf ein erforderliches Spiel aneinander, wodurch auch der erforderliche Bauraum minimiert wird. Weiterhin wird dadurch die Strecke, die der Steuerfinger oder der Steuerstift zurücklegen muss, klein gehalten.
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Das Drehfederelement weist in beiden Ausführungsbeispielen eine Drehfeder auf, die gehäusefest abgestützt und mit einer Kopplungsscheibe verbunden ist, die mit der Schubstange oder der Trommel in Wirkverbindung steht. Dadurch ist das Drehfederelement in der Lage eine der Drehkraft der Drehspuleneinheit gegengerichtete Drehkraft auszuüben.
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In weiterer Ausgestaltung der Erfindung wird vorgeschlagen, dass die Schubstange oder das Ankerelement und die Trommel leistenförmige Steueranker aufweisen, die mit Anschlagfenstern in der Kopplungsscheibe in Wirkverbindung stehen. Die Drehspuleneinheiten weisen dabei Steuerkernelemente auf, die drehfest angeordnet und den Steuerankern zugeordnet sind. Durch das von der Drehspule erzeugte Magnetfeld wird zwischen den Steuerkernelementen und den Steuerankern eine magnetische Kraft erzeugt, die die Steueranker in Richtung Steuerkernelemente verdreht, wodurch sich die Schubstange und die Trommel jeweils verdrehen. Wird der Strom an der Drehspuleneinheit abgeschaltet, so dreht die Drehfeder mit der Kopplungsscheibe die Steueranker wieder zurück, so dass die Schubstange des Ankerelements oder das Ankerelement und die Trommel zurückgedreht werden und der Steuerfinger oder der Steuerstift einen anderen Aktorstift kontaktieren kann. In dem einen Ausführungsbeispiel sind die Drehspuleneinheit, die Steueranker, Steuerkernelemente und das Drehfederelement mit Kopplungsscheibe auf der den Aktorstiften abgewandten Seite des elektromagnetischen Spulenelements angeordnet. Dann können die Steueranker mit dem Ankerelement verbunden, vorzugsweise einstückig mit diesem hergestellt sein und die Steuerkernelemente mit einem Gehäusedeckel verbunden, vorzugsweise einstückig mit diesem gefertigt sein. In dem anderen Ausführungsbeispiel sind die Drehspuleneinheit, die Steueranker, die Steuerkernelemente und das Drehfederelement mit Kopplungsscheibe sowie die Trommel zwischen den Aktorstiften und der elektromagnetischen Spuleneinheit angeordnet.
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In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung wird vorgeschlagen, dass die Innenwände der Steuerkernelemente in Richtung der Drehkraft der Drehspuleneinheit bogenförmig sich verdickend ausgeführt sind. Die Außenflächen der Steueranker sind dann den bogenförmigen Innenwänden der Steuerkernelemente angepasst. Dadurch kann der elektromagnetische Fluss verbessert werden, weil der Abstand der Steuerkernelemente zu den Steuerankern verringert werden kann.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Zur weiteren Erläuterung der Erfindung wird auf die Zeichnungen verwiesen, in denen Ausführungsbeispiele der Erfindung vereinfacht dargestellt sind.
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Es zeigen:
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1 bis 6: Schnitte durch eine Aktoreinheit, wobei das elektromagnetische Spulenelement und die Drehspuleneinheit in unbestromter Stellung dargestellt sind,
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7 bis 12: Schnitte, ähnlich den 1 bis 6, wobei die elektromagnetische Spulenelement in unbestromter und die Drehspuleneinheit in bestromter Stellung dargestellt ist,
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13: einen Schnitt durch die Aktoreinheit entsprechend 7, wobei sowohl die Drehspuleneinheit als auch das elektromagnetische Spulenelement in bestromten Stellungen dargestellt sind, so dass ein Aktorstift ausgefahren ist,
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14: einen Schnitt durch die Aktoreinheit entsprechend 1, wobei die Drehspuleneinheit in unbestromter und das elektromagnetische Spulenelement in bestromter Stellung dargestellt ist, so dass der andere Aktorstift ausgefahren ist,
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15 bis 18: Schnitte durch eine Aktoreinheit in modifizierter Ausgestaltung mit einer Trommel, wobei die Drehspuleneinheit und das elektromagnetische Spulenelement in unbestromten Stellungen dargestellt sind,
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19 bis 22: Schnitte entsprechend den 15 bis 18, wobei das elektromagnetische Spulenelement in unbestromter und die Drehspuleneinheit in bestromter Stellung dargestellt ist,
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23: einen Schnitt durch eine Aktoreinheit entsprechend 19, wobei das elektromagnetische Spulenelement und die Drehspuleneinheit in bestromten Stellungen dargestellt sind, so dass ein Aktorstift ausgefahren ist,
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24: einen Schnitt entsprechend den 15, wobei die Drehspuleneinheit in unbestromter und das elektromagnetische Spulenelement in bestromter Stellung dargestellt ist, so dass der andere Aktorstift ausgefahren ist.
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Detaillierte Beschreibung der Zeichnungen
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In den 1 bis 24 ist, soweit im Einzelnen dargestellt, mit 1 eine Aktorführung bezeichnet, die nicht näher dargestellt mit einem Bauteil eines Zylinderkopfes oder mit dem Zylinderkopf einer Hubkolbenbrennkraftmaschine verbindbar ist, insbesondere verschraub wird. In der Aktorführung 1 sind Aktorstifte 2 und 3 angeordnet, die axial verschiebbar sind und je mit einer Feder 4 und 5 so belastet sind, dass diese die Aktorstifte 2 und 3 in die Aktorführung 1 hinein belasten. Die Aktorstifte 2 und 3 weisen weiterhin scheibenförmige Erweiterungen 6 auf, die zum einen als Teller für die Federn 4 und 5 dienen und zum anderen als Stützfläche für die noch zu beschreibenden Steuerfinger und Steuerstifte ausgebildet sind. Sie sind bis auf ein erforderliches Spiel in ihrer Größe so abgestimmt, dass sie aneinander reichen. Die scheibenförmigen Erweiterungen 6 weisen eine stiftartige Verlängerung auf, die bis zu den teilweise hohl dargestellten Aktorstifte 2 und 3 reichen und dort mit diesen verbunden sind. An der Aktorführung 1 ist ein Spulengehäuse 7 befestigt, in dem ein elektromagnetisches Spulenelement 8 eingebaut ist, das als Hauptspuleneinheit dient. Innerhalb des Spulenkerns 8a des Spulenelements 8 ist eine Schubstange 9 eingebaut, die mit einem Ankerelement 10 verbunden ist, das magnetisch mit dem Spulenkern 8a bei Bestromung des Spulenelements in Verbindung tritt.
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In dem Ausführungsbeispiel gemäß den 1 bis 14 weist die Schubstange 9 einen Steuerfinger 11 auf, der exzentrisch an der Schubstange 9 befestigt ist, so dass, wie insbesondere den 13 und 14 zu entnehmen ist, der Steuerfinger 11 je nach Drehstellung der Schubstange 9 des Ankerelements 10 den Aktorstift 2 oder den Aktorstift 3 kontaktieren und verschieben kann. Das Ankerelement 10 weist (siehe 3) Steueranker 12 auf, die leistenförmig ausgebildet und einstückig mit dem Ankerelement 10 hergestellt sind. Die Steueranker 12 reichen durch Anschlagfenster 13 in einer Kopplungsscheibe 14, die im Anschluss an ein Joch 15 eingebaut ist. Wie in den 5 und 11 dargestellt, ist die Kopplungsscheibe 14 mit einer Drehfeder 16a verbunden, die sich weiterhin gehäusefest abstützt. Diese Einheit wird auch Drehfederelement 16 genannt. Die Kopplungsscheibe 14 steht daher unter dem Einfluss der Drehfeder 16a mittels Anschlägen der Anschlagfenster 13 mit den Steuerankern 12 in Wirkverbindung und übt auf diese und damit auf die Schubstange 9 eine Drehkraft aus, die den Steuerfinger 11 in eine zum Aktorstift 3 passende Stellung bewegt. Wie insbesondere den 2 und 8 zu entnehmen ist, sind an einem das Spulengehäuse 7 verschließenden Gehäusedeckel 17 Steuerkernelemente 18 vorgesehen, die in Richtung zur Kopplungsscheibe 14 ausgerichtet sind. Sie haben gegenüber der Kopplungsscheibe 14 ein entsprechendes Spiel, so dass die Kopplungsscheibe frei drehbar ist. Die Steuerkernelement 18 sind so angeordnet, dass sie an einen Drehspulenkern 20 einer Drehspuleneinheit 19 angelehnt sind, so dass der elektromagnetische Fluss in die Steuerkernelemente 18 initiiert wird und bei Bestromung der Drehspule 19a der Drehspuleneinheit 19 zwischen den Steuerkernelementen 18 und den Steuerankern 12 eine Kraft erzeugt, die die Steueranker 12 und damit die Schubstange 9 entgegen der Kopplungsscheibe 14 und der Drehfeder 16a so verdrehen, dass der Steuerfinger 11 passend zum Aktorstift 2 steht. In dem Ausführungsbeispiel gemäß den 15 bis 24 ist eine Drehfeder 16a wiederum an ihrem Außenumfang gehäusefest abgestützt und steht mit einer Kopplungsscheibe 14a in Verbindung. Diese Bauteile sind unterhalb des elektromagnetischen Spulenelements 8 (Hauptspuleneinheit) angeordnet. Die Kopplungsscheibe 14a weist in diesem Ausführungsbeispiel leistenförmige Steueranker 12a auf, die zu den Aktorstiften 2 und 3 hin ausgerichtet sind. Die Kopplungsscheibe 14a und die Steueranker 12a umgreifen eine Trommel 21, die einerseits in dem Spulenkern 8a des elektromagnetischen Spulenelements 8 und dem Drehspulenkern 20 der Drehspuleneinheit 19 mit Drehspule 19a drehbar geführt ist. In der Trommel 21 ist exzentrisch ein Steuerstift 22 gelagert und axial verschiebbar, so dass der Steuerstift 22 bei Bestromung der Hauptspuleneinheit über die Schubstange 9 bewegt werden kann und je nach Stellung der Trommel den Aktorstift 2 (24) oder den Aktorstift 3 (23) verschieben kann. Der Drehspulenkern 20 der Drehspuleneinheit 19 weist Steuerkernelemente 18a auf, die der Drehspuleneinheit 19 zugewandt kreisförmig ausgeführt sind und in ihrem Inneren einen Bogen mit kleinerem Radius aufweisen, so dass sie in Drehrichtung der Drehspuleneinheit 19 sich verdickend ausgeführt sind. Die Steueranker 12a weisen an ihren Außenflächen den Steuerkernelementen 18a angepasste Außenflächen auf, wobei der magnetische Fluss in Drehrichtung, insbesondere durch die Ausgestaltung der Steuerkernelemente 18a, verbessert wird. Die Steueranker 12a und die Kopplungsscheibe 14a sind mit der Trommel 21 drehfest verbunden, wobei, wie den 18 und 22, zu entnehmen ist, der Steuerstift 22 von der scheibenförmigen Erweiterung 6 der Aktorstifte 2 und 3 hin und her wandern kann. Die diagonal zu dem Steuerstift 22 angeordnete Bohrung in der Trommel 21 dient der Be- und Entlüftung.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Aktorführung
- 2
- Aktorstift
- 3
- Aktorstift
- 4
- Feder
- 5
- Feder
- 6
- Scheibenförmige Erweiterungen
- 7
- Spulengehäuse
- 8
- Elektromagnetisches Spulenelement
- 8a
- Spulenkern
- 9
- Schubstange
- 10
- Ankerelement
- 11
- Steuerfinger
- 12
- Steueranker
- 12a
- Steueranker
- 13
- Anschlagfenster
- 14
- Kopplungsscheibe
- 14a
- Kopplungsscheibe
- 15
- Joch
- 16
- Drehfederelement
- 16a
- Drehfeder
- 17
- Gehäusedeckel
- 18
- Steuerkernelemente
- 18a
- Steuerkernelemente
- 19
- Drehspuleneinheit
- 19a
- Drehspule
- 20
- Drehspulenkern
- 21
- Trommel
- 22
- Steuerstift
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102007028600 A1 [0002]
