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Die Erfindung betrifft eine Ventiltriebvorrichtung, für eine Verbrennungskraftmaschine gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1.
Eine solche Ventiltriebvorrichtung, insbesondere für eine Verbrennungskraftmaschine, und ein solches Verfahren zum Betreiben einer solchen Ventiltriebvorrichtung sind beispielsweise bereits der
DE 10 2016 001 537 A1 als bekannt zu entnehmen. Die Ventiltriebvorrichtung umfasst wenigstens eine Nockenwelle, welche zumindest ein Wellenelement und ein von dem Wellenelement antreibbares Nockenstück aufweist. Das Nockenstück ist beispielsweise drehfest mit dem Wellenelement verbunden, sodass dann, wenn das Wellenelement gedreht wird, das Nockenstück mit dem Wellenelement mitgedreht wird. Wird somit beispielsweise das Wellenelement von einer beispielsweise als Kurbelwelle ausgebildeten Abtriebswelle einer Verbrennungskraftmaschine angetrieben, so wird das Nockenstück von dem Wellenelement angetrieben und dadurch beispielsweise um eine Nockenwellenachse mit dem Wellenelement mitgedreht.
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Das Nockenstück weist wenigstens einen einen ersten Hub eines Ventils bewirkenden ersten Nocken und wenigstens einen einen von dem ersten Hub unterschiedlichen zweiten Hub des Ventils bewirkenden zweiten Nocken auf, wobei der zweite Hub beispielsweise größer als der erste Hub ist oder umgekehrt. Das Ventil ist beispielsweise ein Gaswechselventil, welches beispielsweise einem insbesondere als Zylinder ausgebildeten Brennraum der beispielsweise als Hubkolbenmaschine ausgebildeten Verbrennungskraftmaschine zugeordnet ist. Das Gaswechselventil kann dabei ein Einlassventil oder aber ein Auslassventil sein. Das Nockenstück ist in axialer Richtung der Nockenwelle relativ zu dem Wellenelement zwischen wenigstens einer ersten Stellung und wenigstens einer zweiten Stellung verschiebbar. In der ersten Stellung ist das Ventil mittels des ersten Nockens betätigbar, wobei in der zweiten Stellung das Ventil mittels des zweiten Nockens betätigbar ist. Die Ventiltriebvorrichtung umfasst darüber hinaus einen elektrisch ansteuerbaren Aktor, mittels welchem infolge einer jeweiligen elektrischen Ansteuerung des Aktors das Nockenstück relativ zu dem Wellenelement in axialer Richtung der Nockenwelle verschiebbar ist. Unter einer solchen elektrischen Ansteuerung ist insbesondere eine Versorgung des Aktors mit elektrischer Energie beziehungsweise elektrischem Strom zu verstehen, sodass beispielsweise der Aktor im Rahmen der jeweiligen elektrischen Ansteuerung mit elektrischer Energie beziehungsweise elektrischem Strom versorgt wird.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Ventiltriebvorrichtung und ein Verfahren der eingangs genannten Art derart weiterzuentwickeln, dass sich eine besonders bauraum- und kostengünstige sowie funktionssichere Betätigung des Ventils realisieren lässt.
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Des Weiteren offenbart die
DE 10 2008 060 169 A1 einen Ventiltrieb für Gaswechselventile einer Brennkraftmaschine. Darüber hinaus ist aus der
DE 10 2007 054 978 A1 eine Ventiltriebvorrichtung einer Brennkraftmaschine bekannt. Ferner ist der
DE 10 2015 014 175 A1 eine Ventiltriebvorrichtung für eine Brennkraftmaschine als bekannt zu entnehmen.
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Diese Aufgabe wird durch eine Ventiltriebvorrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen Weiterbildungen der Erfindung sind in den übrigen Ansprüchen angegeben.
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Um eine Ventiltriebvorrichtung der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Art derart weiterzuentwickeln, dass sich eine besonders kosten- und bauraumgünstige sowie funktionssichere Betätigung des beispielsweise als Gaswechselventil und insbesondere als Tellerventil ausgebildeten Ventils realisieren lässt, ist es erfindungsgemäß vorgesehen, dass der Aktor dazu ausgebildet ist, bei aufeinanderfolgenden und mit gleicher, insbesondere elektrischer, Polarität erfolgenden elektrischen Ansteuerungen das Nockenstück abwechselnd zwischen den Stellungen hin- und herzuschieben. Mit anderen Worten, erfolgt beispielsweise zunächst eine erste elektrische Ansteuerung des Aktors mit einer elektrischen Polarität, so wird hierdurch beispielsweise mittels des Aktors das Nockenstück aus der ersten Stellung in die zweite Stellung verschoben. Erfolgt daraufhin beispielsweise eine zweite elektrische Ansteuerung des Aktors mit der gleichen elektrischen Polarität, mit der bereits die erste elektrische Ansteuerung des Aktors erfolgte, so wird mittels des Aktors beispielsweise das Nockenstück aus der zweiten Stellung in die erste Stellung verschoben. Erfolgt daraufhin beispielsweise eine dritte elektrische Ansteuerung des Aktors mit der gleichen Polarität, mit der auch schon die erste elektrische Ansteuerung und die zweite elektrische Ansteuerung erfolgten, so wird dann beispielsweise mittels des Aktors das Nockenstück wieder aus der ersten Stellung in die zweite Stellung verschoben. Der Aktor ist somit dazu ausgebildet, bei sich wiederholenden und mit identischer Polarität erfolgenden elektrischen Ansteuerungen unterschiedlich zu reagieren und dabei das Nockenstück abwechselnd zwischen den Stellungen hin- und herzuschieben. Unter der jeweiligen elektrischen Ansteuerung des Aktors ist insbesondere eine Versorgung des Aktors mit elektrischer Energie beziehungsweise elektrischem Strom zu verstehen, sodass beispielsweise bei der jeweiligen elektrischen Ansteuerung der Aktor, insbesondere von einem elektronischen Steuergerät, mit elektrischer Energie beziehungsweise mit elektrischem Strom versorgt wird. Bei den elektrischen Ansteuerungen, die mit der gleichen elektrischen Polarität erfolgen, wird der Aktor beispielsweise jeweils in der gleichen beziehungsweise in derselben Stromflussrichtung betrieben beziehungsweise elektrischer Strom fließt jeweils in der gleichen beziehungsweise in derselben Stromflussrichtung durch den elektrisch ansteuerbaren und somit elektrisch betreibbaren Aktor.
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Der Erfindung liegt dabei insbesondere die folgende Erkenntnis zugrunde: Bei herkömmlichen Ventiltriebvorrichtungen müssen, um das Nockenstück mittels des Aktors zwischen den Stellungen hin- und herzuschieben und somit das Nockenstück in einander entgegengesetzte Richtungen zu verschieben, die aufeinanderfolgenden elektrischen Ansteuerungen des Aktors mit unterschiedlichen und insbesondere entgegengesetzten beziehungsweise wechselnden Polaritäten erfolgen, um hierdurch den beispielsweise als Elektromotor ausgebildeten Aktor jeweils umzupolen und eine Stromflussrichtungsumkehr zu bewirken. Im Gegensatz zu der Erfindung ist es somit beispielsweise herkömmlicherweise vorgesehen, dass die oben beschriebene erste elektrische Ansteuerung mit einer ersten Polarität, die oben beschriebene zweite elektrische Ansteuerung mit einer von der ersten Polarität unterschiedlichen und insbesondere der ersten Polarität entgegengesetzten beziehungsweise bezüglich der ersten Polarität umgekehrten zweiten Polarität und beispielsweise die dritte Ansteuerung wieder mit der ersten Polarität erfolgt. Somit fließt beispielsweise im Zuge der ersten elektrischen Ansteuerung elektrischer Strom in eine erste Stromflussrichtung durch den Aktor, wobei beispielsweise bei der zweiten elektrischen Ansteuerung elektrische Energie beziehungsweise elektrischer Strom in eine der ersten Stromflussrichtung entgegengesetzte zweite Stromflussrichtung durch den Aktor fließt. Auf diese Weise ist es beispielsweise dann, wenn der Aktor als Elektromotor ausgebildet ist und somit einen Stator und einen relativ zum Stator drehbaren Rotor aufweist, möglich, eine Drehrichtungsumkehr des Elektromotors zu bewirken. Dies bedeutet beispielsweise, dass der Rotor durch die erste elektrische Ansteuerung in eine erste Drehrichtung und durch die zweite elektrische Ansteuerung in eine der ersten Drehrichtung entgegengesetzte zweite Drehrichtung gedreht wird, um hierdurch das Nockenstück hin- und herschieben zu können. Diese Stromflussrichtungsumkehr erfolgt beispielsweise dadurch, dass das Steuergerät eine elektrische Spannung, welche an den Elektromotor angelegt wird, umpolt. Alternativ ist es denkbar, dass das Steuergerät zwei Ausgänge besitzt, über welche das Steuergerät den Aktor elektrisch ansteuern kann. Über einen ersten der Ausgänge wird beispielsweise die mit der ersten Polarität erfolgende erste elektrische Ansteuerung bewirkt, wobei beispielsweise über den zweiten Ausgang die mit der zweiten Polarität erfolgende zweite elektrische Ansteuerung bewirkt wird.
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Auch auf diese Weise kann eine Drehrichtungsumkehr des Elektromotors bewirkt werden. Diese herkömmliche Art und Weise, das Nockenstück hin- und herzuschieben, hat insbesondere die folgenden Nachteile: Zum Umpolen der auch als Versorgungsspannung bezeichneten Spannung für den Elektromotor ist in dem Steuergerät, insbesondere in einer Endstufe des Steuergeräts, eine H-Brücke erforderlich. Die Herstellung einer Endstufe mit H-Brücken ist sehr kostenintensiv. Ein Steuergerät mit zwei Ausgängen zum Hin- und Herschieben des Nockenstücks ist ebenfalls kostenintensiv und hat einen hohen Bauraumaufwand. Ferner kann es herkömmlicherweise zu einer fehlerhaften Ansteuerung kommen, wodurch beispielsweise der Aktor bei der oben beschriebenen zweiten elektrischen Ansteuerung das Nockenstück nicht in die zweite Richtung schiebt, sondern versucht, das Nockenstück weiter in die erste Richtung zu schieben. In der Folge unterbleibt eine eigentlich gewünschte Hubumschaltung und/oder es kommt zu einer mechanischen Beschädigung.
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Die oben beschriebenen Nachteile können mittels der erfindungsgemäßen Ventiltriebvorrichtung vermieden werden, da durch die mit gleicher Polarität erfolgenden elektrischen Ansteuerungen das Nockenstück abwechselnd aus der ersten Stellung in die zweite Stellung und aus der zweiten Stellung in die erste Stellung verschoben werden kann. Somit können der Bauraumbedarf und die Kosten der Ventiltriebvorrichtung besonders gering gehalten werden. Darüber hinaus kann die Wahrscheinlichkeit, dass es zu Fehlschaltungen kommt, besonders gering gehalten werden.
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Die Ventiltriebvorrichtung umfasst ein elektronisches Steuergerät, welches für den Aktor genau einen Ausgang aufweist, über welchen die aufeinanderfolgenden und mit gleicher Polarität erfolgenden elektrischen Ansteuerungen des Aktors erfolgen beziehungsweise durchführbar sind. Da der Aktor von dem Steuergerät stets mit der gleichen beziehungsweise mit derselben Polarität angesteuert wird beziehungsweise angesteuert werden kann, kann zudem die Verwendung einer H-Brücke in dem Steuergerät vermieden werden, sodass das Steuergerät besonders kostengünstig hergestellt werden kann. Außerdem ist der genau eine Ausgang ausreichend, um das Nockenstück hin- und herzuschieben, sodass auch der Bauraumbedarf und das Gewicht des Steuergeräts und somit der Ventiltriebvorrichtung insgesamt in einem besonders geringen Rahmen gehalten werden können.
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Der Aktor ist als Linearaktor ausgebildet, welcher gegenüber Elektromotoren, die einen Stator und einen relativ zum Stator drehbaren Rotor aufweisen, wesentlich bauraum- und kostengünstiger gestaltet werden kann. Der Linearaktor weist, insbesondere genau, eine Spule auf, welche durch die jeweilige elektrische Ansteuerung mit elektrischem Strom versorgbar ist. Mit anderen Worten wird die Spule bei der jeweiligen elektrischen Ansteuerung mit elektrischem Strom versorgt, der bei der jeweiligen elektrischen Ansteuerung durch die Spule fließt. Da die elektrischen Ansteuerungen mit derselben beziehungsweise mit der gleichen Polarität erfolgen, fließt der elektrische Strom bei den mit gleicher Polarität erfolgenden elektrischen Ansteuerungen in der gleichen beziehungsweise in derselben Stromflussrichtung durch die Spule.
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Der Linearaktor weist ferner, insbesondere genau, einen Anker auf, welcher durch Versorgen der Spule mit elektrischem Strom mittels der Spule relativ zu der Spule translatorisch bewegbar ist. Mit anderen Worten, wird die Spule mit elektrischem Strom versorgt, sodass der elektrische Strom durch die Spule fließt, so wird dadurch der Anker relativ zu der Spule mittels der Spule translatorisch bewegt. Durch das Versorgen der Spule mit elektrischem Strom wird beispielsweise wenigstens ein Magnetfeld erzeugt, mittels welchem der Anker relativ zu der Spule translatorisch bewegt wird. Hierdurch kann das Nockenstück kosten- und bauraumgünstig hin- und hergeschoben werden. Das Versorgen der Spule mit elektrischem Strom bewirkt beispielsweise eine translatorische Bewegung des Ankers relativ zu der Spule in eine Ankerrichtung, sodass der Anker durch die jeweilige elektrische Ansteuerung jeweils in die Ankerrichtung translatorisch bewegt wird. Durch aufeinanderfolgende, durch die elektrischen Ansteuerungen bewirkte Bewegungen des Ankers in die Ankerrichtung wird das Nockenstück abwechselnd zwischen den Stellungen hin- und hergeschoben. Dabei bewegt sich beispielsweise der Anker bei der jeweiligen Bewegung in die Ankerrichtung aus einer Ausgangsstellung in eine Betätigungsstellung, sodass durch aufeinanderfolgende und durch die jeweiligen elektrischen Ansteuerungen bewirkten Bewegungen des Ankers aus der Ausgangsstellung in die Betätigungsstellung das Nockenstück abwechselnd hin- und hergeschoben wird. Dadurch kann der Bauraumbedarf der Ventiltriebvorrichtung besonders gering gehalten werden.
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Der Anker ist mit einem Steuerelement gekoppelt, welches mit dem Anker relativ zur Spule translatorisch mitbewegbar ist. Dies bedeutet, dass auch das Steuerelement durch die elektrischen Ansteuerungen jeweils aufeinanderfolgend aus der Ausgangsstellung in die Betätigungsstellung bewegt wird. Der Anker ist beispielsweise mit dem Steuerelement magnetisch beziehungsweise durch Magnetkräfte verbunden. Durch Verwendung des Steuerelements kann das Hin- und Herschieben des Nockenstücks bauraum- und kostengünstig realisiert werden.
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Die Ventiltriebvorrichtung umfasst auch eine Zwangsführung, mittels welcher aus translatorischen Bewegungen des Steuerelements resultierende und relativ zu der Nockenwelle um eine Drehachse erfolgende Drehungen des Steuerelements bewirkbar sind beziehungsweise bewirkt werden, wobei die translatorischen Bewegungen des Steuerelements beispielsweise aus den elektrischen Ansteuerungen resultieren und insbesondere auf diese folgen. Mit anderen Worten, wird auf die zuvor beschriebene Weise der Anker mittels der Spule, insbesondere jeweils aufeinanderfolgend, aus der Ausgangsstellung in die Betätigungsstellung bewegt, so wird dadurch auch das Steuerelement aufeinanderfolgend aus der Ausgangsstellung in die Betätigungsstellung bewegt, sodass das Steuerelement in die Ankerrichtung translatorisch bewegt wird. Endet dann beispielsweise die jeweilige Ansteuerung, so erfolgt beispielsweise vor der jeweils nächsten elektrischen Ansteuerung eine translatorische Bewegung des Ankers und des Steuerelements in eine der Ankerrichtung entgegengesetzte Rückrichtung, wodurch sich der Anker und mit diesem das Steuerelement beispielsweise aus der Betätigungsstellung zurück in die Ausgangsstellung bewegen. Die Zwangsführung nutzt beispielsweise die jeweilige in die Rückrichtung erfolgende translatorische Bewegung des Steuerelements, um eine Drehung des Steuerelements um die Drehachse relativ zur Nockenwelle und vorzugsweise relativ zur Spule und/oder relativ zum Anker zu bewirken. Mit anderen Worten wandelt die Zwangsführung die jeweilige translatorische und insbesondere in die Rückrichtung erfolgende Bewegung des Steuerelements in eine um die Drehachse relativ zur Nockenwelle erfolgende Drehung des Steuerelements, vorzugsweise in genau eine Drehrichtung, um. Hierdurch kann das Hin- und Herschieben des Nockenstücks bauraum- und kostengünstig dargestellt werden.
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Der Aktor weist wenigstens ein erstes Betätigungselement und wenigstens ein zweites Betätigungselement auf, welche jeweils entlang einer Betätigungsrichtung translatorisch zur Nockenwellen bewegbar sind. Die Betätigungsrichtung fällt beispielsweise mit der Ankerrichtung zusammen beziehungsweise die Betätigungsrichtung verläuft beispielsweise parallel zu der Ankerrichtung. Die Ankerrichtung und/oder die Betätigungsrichtung verläuft beispielsweise zumindest im Wesentlichen senkrecht oder schräg zur axialen Richtung der Nockenwelle. Das jeweilige Betätigungselement ist beispielsweise als ein Stiftelement, als ein Stift oder als ein Bolzen ausgebildet.
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Dabei betätigt das Steuerelement bei seinen durch die aufeinanderfolgenden elektrischen Ansteuerungen bewirkten translatorischen Bewegungen und infolge seiner mittels der Zwangsführung bewirkten Drehungen die Betätigungselemente abwechselnd. Mit anderen Worten, bei einer ersten translatorischen Bewegung des Steuerelements betätigt dieses beispielsweise das erste Betätigungselement, während eine durch das Steuerelement bewirkte Betätigung des zweiten Betätigungselements unterbleibt. Da das Steuerelement mittels der Zwangsführung infolge der ersten translatorischen Bewegung um die Drehachse gedreht wird, betätigt beispielsweise das Steuerelement bei einer auf die erste translatorische Bewegung folgenden zweiten translatorischen Bewegung das zweite Betätigungselement, während eine durch das Steuerelement bewirkte Betätigung des ersten Betätigungselements unterbleibt. Auf diese Weise kann das Nockenstück mittels der Betätigungselemente aufeinanderfolgend beziehungsweise abwechselnd hin- und hergeschoben werden, sodass eine bauraum-, gewichts- und kostengünstige Hubumschaltung darstellbar ist. Durch das abwechselnde, durch das Steuerelement bewirkte Betätigen der Betätigungselemente bewegt das Steuerelement die Betätigungselemente abwechselnd translatorisch entlang der jeweiligen Betätigungsrichtung relativ zu der Nockenwelle, wodurch das Steuerelement das abwechselnde Hin- und Herschieben des Nockenstücks bewirkt. Auf diese Weise kann das Nockenstück durch die mit gleicher Polarität erfolgenden elektrischen Ansteuerungen einfach hin- und hergeschoben werden.
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Eine weitere Ausführungsform zeichnet sich dadurch aus, dass das erste Betätigungselement eine erste Betätigungsfläche aufweist, welche schräg zur Betätigungsrichtung und schräg zur axialen Richtung der Nockenwelle verläuft. Das zweite Betätigungselement weist eine zweite Betätigungsfläche auf, welche schräg zur Betätigungsrichtung und schräg zur axialen Richtung der Nockenwelle verläuft. Die erste Betätigungsfläche und die zweite Betätigungsfläche sind beispielsweise einander zugewandt beziehungsweise auf einander zugewandten Seiten der Betätigungselemente angeordnet.
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Des Weiteren ist ein in axialer Richtung der Nockenwelle relativ zu dem Wellenelement verschiebbares Schiebeelement vorgesehen, mittels welchem das Nockenstück relativ zu dem Wellenelement verschiebbar ist. Hierzu ist das Schiebeelement beispielsweise mit dem Nockenstück, insbesondere formschlüssig, gekoppelt. Wird somit beispielsweise das Schiebeelement in axialer Richtung der Nockenwelle relativ zu dem Wellenelement verschoben, so nimmt das Schiebeelement das Nockenstück mit, sodass auch das Nockenstück in axialer Richtung der Nockenwelle relativ zu dem Wellenelement verschoben wird.
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Das Schiebeelement weist dabei eine mit der ersten Betätigungsfläche korrespondierende dritte Betätigungsfläche auf, welche schräg zur Betätigungsrichtung und schräg zur axialen Richtung der Nockenwelle verläuft. Das Schiebeelement weist darüber hinaus eine mit der zweiten Betätigungsfläche korrespondierende vierte Betätigungsfläche auf, welche schräg zur Betätigungsrichtung und schräg zur axialen Richtung der Nockenwelle verläuft. Die dritte Betätigungsfläche und die vierte Betätigungsfläche sind beispielsweise auf einander abgewandten Seiten angeordnet beziehungsweise weisen voneinander weg. Die erste Betätigungsfläche ist dabei durch Betätigen des ersten Betätigungselements in Stützanlage mit der dritten Betätigungsfläche bewegbar, wodurch das Schiebeelement in eine entlang der axialen Richtung der Nockenwelle verlaufende erste Schieberichtung relativ zu dem Wellenelement verschiebbar ist, um dadurch über das Schiebeelement eine Verschiebung des Nockenstücks aus einer der Stellungen in die andere Stellung zu bewirken. Die zweite Betätigungsfläche ist durch Betätigen des zweiten Betätigungselement in Stützanlage mit der vierten Betätigungsfläche bewegbar, wodurch das Schiebeelement in eine entlang der axialen Richtung der Nockenwelle verlaufende und der ersten Schieberichtung entgegengesetzte zweite Schieberichtung relativ zu dem Wellenelement verschiebbar ist, um dadurch über das Schiebeelement eine Verschiebung des Nockenstücks aus der anderen Stellung in die eine Stellung zu bewirken. Die Schieberichtung verläuft somit beispielsweise senkrecht zur Ankerrichtung und/oder zur Betätigungsrichtung.
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Wird beispielsweise das erste Betätigungselement betätigt und dadurch translatorisch bewegt, so kommt die erste Betätigungsfläche in Stützanlage beziehungsweise beispielsweise in direktem Kontakt mit der dritten Betätigungsfläche, wobei die erste Betätigungsfläche an der dritten Betätigungsfläche abgleitet beziehungsweise umgekehrt. Dadurch wird die entlang der Betätigungsrichtung verlaufende translatorische Bewegung des ersten Betätigungselements in eine entlang der axialen Richtung der Nockenwelle verlaufende Verschiebung des Schiebeelements und somit des Nockenstücks umgewandelt, wodurch das Schiebeelement und mit diesem das Nockenstück in die erste Schieberichtung relativ zum Wellenelement verschoben werden. Währenddessen unterbleibt eine, insbesondere durch das Steuerelement bewirkte, Betätigung des zweiten Betätigungselements.
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Wird beispielsweise daraufhin oder zuvor das zweite Betätigungselement betätigt und dadurch entlang der Betätigungsrichtung translatorisch bewegt, so kommt die zweite Betätigungsfläche in Stützanlage, insbesondere in beispielsweise direkten Kontakt mit der vierten Betätigungsfläche, wobei beispielsweise die zweite Betätigungsfläche an der vierten Betätigungsfläche abgleitet beziehungsweise umgekehrt. Da die Betätigungsflächen schräg zur Betätigungsrichtung und schräg zur axialen Richtung beziehungsweise zur Schieberichtung verlaufen, wird die entlang der Betätigungsrichtung verlaufende translatorische Bewegung des zweiten Betätigungselements mittels der zweiten Betätigungsfläche und mittels der vierten Betätigungsfläche in eine entlang der Schieberichtung beziehungsweise entlang der axialen Richtung verlaufende Verschiebung des Schiebeelements umgewandelt. Hierdurch werden das Schiebeelement und mit diesem das Nockenstück in die der ersten Schieberichtung entgegengesetzte zweite Schieberichtung geschoben. Durch Verschieben des Schiebeelements in die erste Schieberichtung wird beispielsweise das Nockenstück aus der einen Stellung in die andere Stellung geschoben. Durch Verschieben des Schiebeelements in die zweite Schieberichtung wird beispielsweise das Nockenstück aus der anderen Stellung in die eine Stellung verschoben. Die eine Stellung ist beispielsweise die erste Stellung, wobei die andere Stellung beispielsweise die zweite Stellung ist. Durch diese Ausführungsform ist eine besonders bauraum- und kostengünstige Hubumschaltung realisierbar, welche durch die mit gleicher Polarität erfolgenden elektrischen Ansteuerungen aufeinanderfolgend durchgeführt werden kann.
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Bei einer besonders vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung weist das Steuerelement wenigstens eine Ausnehmung auf, welche in zumindest einer ersten Drehstellung des mittels der Zwangsführung in die erste Drehstellung drehbaren Steuerelements in Überlappung beziehungsweise in Überdeckung mit dem ersten Betätigungselement und in wenigstens einer von der ersten Drehstellung unterschiedlichen zweiten Drehstellung des mittels der Zwangsführung in die zweite Drehstellung drehbaren Steuerelements in Überlappung beziehungsweise in Überdeckung mit dem zweiten Betätigungselement angeordnet ist. Befindet sich beispielsweise das Steuerelement in der ersten Drehstellung und wird das Steuerelement über den Anker entlang der Ankerrichtung aus der Ausgangsstellung in die Betätigungsstellung translatorisch bewegt, während sich das Steuerelement in der ersten Drehstellung befindet, so wird beispielsweise das zweite Betätigungselement mittels des Steuerelements, insbesondere mittels eines Wandungsbereichs des Steuerelements, betätigt und dadurch entlang der Betätigungsrichtung translatorisch bewegt, während jedoch das erste Betätigungselement in die beispielsweise als Durchgangsöffnung ausgebildete Ausnehmung eintaucht, wodurch eine durch das Steuerelement bewirkte Betätigung des ersten Betätigungselements unterbleibt.
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Befindet sich jedoch das Steuerelement in der zweiten Drehstellung, und wird das Steuerelement über den Anker entlang der beispielsweise mit der Betätigungsrichtung zusammenfallenden Ankerrichtung translatorisch aus der Ausgangsstellung in die Betätigungsstellung bewegt, während sich das Steuerelement in der zweiten Drehstellung befindet, so wird beispielsweise das erste Betätigungselement mittels des Steuerelements, insbesondere mittels des Wandungsbereichs des Steuerelements, betätigt, während jedoch das zweite Betätigungselement in die Ausnehmung eintaucht, sodass eine durch das Steuerelement bewirkte Betätigung des zweiten Betätigungselements unterbleibt. Unter dem jeweiligen Eintauchen des jeweiligen Betätigungselements in die Ausnehmung ist insbesondere zu verstehen, dass das jeweilige Betätigungselement zumindest teilweise in der Ausnehmung angeordnet beziehungsweise in die Ausnehmung eingreift, insbesondere derart, dass trotz der translatorischen Bewegung des Steuerelements eine durch das Steuerelement bewirkte Betätigung des in die Ausnehmung eingreifenden Betätigungselements unterbleibt.
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Die Zwangsführung kann dabei das Steuerelement infolge der jeweiligen translatorischen Bewegung des Steuerelements in die jeweilige Drehstellung drehen. Die jeweilige, durch die Zwangsführung bewirkte und aus der translatorischen Bewegung des Steuerelements resultierende Drehung des Steuerelements um die Drehachse erfolgt beispielsweise bei einer jeweiligen, insbesondere in die Rückrichtung erfolgenden, Bewegung des Steuerelements aus der Betätigungsstellung in die Ausgangsstellung, wobei beispielsweise eine mittels der Zwangsführung bewirkte Drehung des Steuerelements unterbleibt, wenn das Steuerelement aus der Ausgangsstellung in die Betätigungsstellung bewegt wird.
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Um die Teileanzahl, das Gewicht, den Bauraumbedarf und die Kosten der Ventiltriebvorrichtung besonders gering halten zu können, ist es in weiterer Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, dass die Zwangsführung die Spule umfasst, welche als Federelement ausgebildet ist beziehungsweise fungiert. Die Spule ist dabei durch die jeweilige, durch die jeweilige elektrische Ansteuerung bewirkte translatorische Bewegung des Steuerelements spannbar und dadurch in eine erste Drehrichtung in sich verdrehbar. Mit anderen Worten, wird beispielsweise das Steuerelement durch die jeweilige elektrische Ansteuerung aus der Ausgangsstellung in die Betätigungsstellung bewegt, so wird dadurch die als Federelement ausgebildete beziehungsweise fungierende Spule gespannt, insbesondere komprimiert. Hierdurch stellt die Spule zumindest während sich das Steuerelement in der Betätigungsstellung befindet eine Federkraft bereit, welche beispielsweise auf das Steuerelement wirkt und beispielsweise der Betätigungsrichtung entgegengesetzt ist. Zwischen jeweils zwei aufeinanderfolgenden der elektrischen Ansteuerungen entspannt sich das Federelement beziehungsweise die Spule. Mit anderen Worten, wird die jeweilige elektrische Ansteuerung beendet, so kann sich die gespannte Spule nach Beenden der elektrischen Ansteuerung und vor Beginn der nächsten elektrischen Ansteuerung zumindest teilweise entspannen, wodurch beispielsweise das Steuerelement mittels der Spule beziehungsweise mittels der zuvor genannten Federkraft aus der Betätigungsstellung in die Ausgangsstellung bewegt wird. Beispielsweise bei dieser jeweiligen Bewegung des Steuerelements aus der Betätigungsstellung in die Ausgangsstellung wird mittels der Zwangsführung eine beziehungsweise die Drehung des Steuerelements um die Drehachse relativ zur Nockenwelle bewirkt.
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Bei dem beziehungsweise durch das Entspannen der Spule dreht sich die Spule selbständig in eine der ersten Drehrichtung entgegengesetzte zweite Drehrichtung zurück, wodurch eine beziehungsweise die Drehung des Steuerelements um die Drehachse relativ zur Nockenwelle bewirkt wird. Eine Drehung des Steuerelements bei dessen Bewegung aus der Ausgangsstellung in die Betätigungsstellung erfolgt beispielsweise dadurch, dass das Steuerelement über einen Freilauf beziehungsweise über eine Freilaufeinrichtung mit der Spule (Federelement) gekoppelt ist beziehungsweise zusammenwirkt. Hierdurch unterbleibt beispielsweise dann, wenn das Steuerelement aus der Ausgangsstellung in die Betätigungsstellung bewegt wird, eine durch die Zwangsführung beziehungsweise durch die Spule bewirkte Drehung des Steuerelements um die Drehachse relativ zur Nockenwelle, obwohl die Spule bei der translatorischen Bewegung des Steuerelements aus der Ausgangsstellung in die Betätigungsstellung in die erste Drehrichtung verdreht beziehungsweise tordiert wird. Hierbei lässt der Freilauf beispielsweise eine Relativdrehung zwischen der Spule und dem Steuerelement zu. Mit anderen Worten öffnet der Freilauf in die erste Drehrichtung. In die zweite Drehrichtung jedoch sperrt der Freilauf, sodass dann, wenn sich die Spule in die zweite Drehrichtung zurückdreht, die Spule über den Freilauf das Steuerelement um die Drehachse relativ zur Nockenwelle dreht. Auf diese Weise kann beispielsweise die oben genannte Ausnehmung von Betätigungselement zu Betätigungselement gedreht werden, sodass die Betätigungselemente bei den aufeinanderfolgenden elektrischen Ansteuerungen abwechselnd betätigt werden.
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Um ein Verfahren derart zu schaffen, dass sich eine besonders bauraum- und kostengünstige sowie sichere Betätigung des Ventils, insbesondere Hubumschaltung, realisieren lässt, ist es vorgesehen, dass der Aktor bei aufeinanderfolgenden und mit gleicher Polarität erfolgenden elektrischen Ansteuerung das Nockenstück abwechselnd zwischen den Stellungen hin- und herschiebt. Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen der Ventiltriebvorrichtung sind als Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen des Verfahrens anzusehen und umgekehrt.
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Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels sowie anhand der Zeichnung. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in den Figuren alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.
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Die Zeichnung zeigt in:
- 1 ausschnittsweise eine schematische und teilweise geschnittene Seitenansicht einer erfindungsgemäßen Ventiltriebvorrichtung, insbesondere für eine Verbrennungskraftmaschine;
- 2 eine schematische Draufsicht eines Steuerelements der Ventiltriebvorrichtung;
- 3 eine schematische und vergrößerte Darstellung eines in 1 mit B bezeichneten Bereichs der Ventiltriebvorrichtung;
- 4 ausschnittsweise eine weitere schematische und teilweise geschnittene Seitenansicht der Ventiltriebvorrichtung;
- 5 eine weitere schematische Draufsicht des Steuerelements; und
- 6 ausschnittsweise eine weitere schematische und teilweise geschnittene Seitenansicht der Ventiltriebvorrichtung.
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In den Fig. sind gleiche oder funktionsgleiche Elemente mit gleichen Bezugszeichen versehen.
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1 zeigt in einer schematischen und teilweise geschnittenen Seitenansicht eine Ventiltriebvorrichtung 10, insbesondere für eine Verbrennungskraftmaschine. Die Verbrennungskraftmaschine ist beispielsweise als Hubkolbenmaschine ausgebildet und Bestandteil eines Antriebsstrangs eines Kraftfahrzeugs, welches beispielsweise als Kraftwagen, insbesondere als Personenkraftwagen, ausgebildet und mittels des Antriebsstrangs, insbesondere mittels der Verbrennungskraftmaschine, antreibbar ist. Die Verbrennungskraftmaschine weist wenigstens einen insbesondere als Zylinder ausgebildeten Brennraum auf, welchem beispielsweise wenigstens ein als Gaswechselventil ausgebildetes Ventil zugeordnet ist. Das Ventil ist translatorisch zwischen einer Schließstellung und mehreren Offenstellungen bewegbar und kann - wie im Folgenden noch genauer erläutert wird - mittels der Ventiltriebvorrichtung 10, welche einfach auch als Ventiltrieb bezeichnet wird, betätigt, das heißt insbesondere aus der Schließstellung in die jeweiligen Offenstellungen translatorisch bewegt werden.
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Die Ventiltriebvorrichtung 10 umfasst wenigstens eine Nockenwelle 12, welche beispielsweise an einer Lagereinrichtung 14 um eine Drehachse 16 relativ zur Lagereinrichtung 14 drehbar gelagert ist. Die Lagereinrichtung 14 ist beispielsweise ein Gehäuse der Ventiltriebvorrichtung, wobei das Gehäuse beispielsweise ein Zylinderkopf oder eine Zylinderkopfhaube der Verbrennungskraftmaschine sein kann. Die Verbrennungskraftmaschine weist beispielsweise eine insbesondere als Kurbelwelle ausgebildete Abtriebswelle auf, welche beispielsweise über einen Steuertrieb mit der Nockenwelle 12 gekoppelt ist. Der Steuertrieb kann beispielsweise als Kettentrieb, Riementrieb oder Zahnradtrieb ausgebildet sein.
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Die Nockenwelle 12 umfasst ein Wellenelement 18 und wenigstens ein von dem Wellenelement 18 antreibbares Nockenstück 20, welches beispielsweise auf dem Wellenelement 18 angeordnet ist. Das Nockenstück 20 ist beispielsweise drehfest mit dem Wellenelement 18 verbunden, kann jedoch in axialer Richtung der Nockenwelle 12 relativ zu dem Wellenelement 18 verschoben werden. Die axiale Richtung der Nockenwelle 12 fällt beispielsweise mit der Drehachse 16 zusammen und ist in 1 durch einen Doppelpfeil 22 veranschaulicht. Das Nockenstück 20 weist wenigstens einen einen ersten Hub des Ventils bewirkenden ersten Nocken 24 und wenigstens einen einen von dem ersten Hub unterschiedlichen zweiten Hub des Ventils bewirkenden zweiten Nocken 26 auf. Der erste Hub ist dabei größer als der zweite Hub. Das Nockenstück 20 ist in axialer Richtung der Nockenwelle 12 relativ zu dem Wellenelement 18 zwischen wenigstens einer in 1 gezeigten ersten Stellung und wenigstens einer in 6 gezeigten zweiten Stellung verschiebbar. In der ersten Stellung ist das Ventil mittels des ersten Nockens 24 betätigbar. In der zweiten Stellung ist das Ventil mittels des zweiten Nockens 26 betätigbar. Mit anderen Worten, befindet sich das Nockenstück 20 in der in 1 gezeigten ersten Stellung, und wird die Nockenwelle 12 angetrieben und dadurch um die Drehachse 16 relativ zu der Lagereinrichtung 14 gedreht, so wird das Ventil mittels des ersten Nockens 24 betätigt. Hierdurch wird das Ventil aus der Schließstellung in eine erste der Offenstellungen bewegt, wobei das Ventil den ersten Hub ausführt.
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Befindet sich jedoch das Nockenstück 20 in der in 6 gezeigten zweiten Stellung und wird die Nockenwelle 12 angetrieben und somit um die Drehachse 16 relativ zur Lagereinrichtung 14 gedreht, so wird das Ventil mittels des zweiten Nockens 26 betätigt und dadurch jeweils aus der Schließstellung in eine zweite der Offenstellungen bewegt. Dabei führt das Ventil den gegenüber dem ersten Hub geringeren zweiten Hub aus, sodass beispielsweise die zweite Offenstellung zwischen der ersten Offenstellung und der Schließstellung liegt. In der ersten Stellung unterbleibt eine durch den zweiten Nocken 26 bewirkte Betätigung des Ventils, wobei in der zweiten Stellung eine durch den ersten Nocken 24 bewirkte Betätigung des Ventils unterbleibt. Außerdem ist aus 1 eine Ventilachse 11 erkennbar, entlang welcher das Ventil zwischen der Schließstellung und den Offenstellungen translatorisch bewegbar ist und mittels des jeweiligen Nockens 24 beziehungsweise 26 betätigt und somit translatorisch bewegt wird.
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Der Ventiltrieb (Ventiltriebvorrichtung 10) umfasst ferner einen elektrisch ansteuerbaren Aktor 28, mittels welchem infolge einer jeweiligen elektrischen Ansteuerung des Aktors 28 das Nockenstück 20 relativ zu dem Wellenelement 18 in axialer Richtung der Nockenwelle 12 verschiebbar ist. Der Ventiltrieb umfasst ferner eine in 1 besonders schematisch dargestelltes elektronisches Steuergerät 30, mittels welchem beziehungsweise über welches der Aktor 28 elektrisch ansteuerbar ist beziehungsweise im Rahmen eines Verfahrens zum Betreiben der Ventiltriebvorrichtung 10 elektrisch angesteuert wird. Unter der jeweiligen elektrischen Ansteuerung ist insbesondere zu verstehen, dass der Aktor 28 bei der jeweiligen elektrischen Ansteuerung mit elektrischer Energie beziehungsweise mit elektrischem Strom versorgt wird, die beziehungsweise der durch den Aktor 28 fließt. Dies bedeutet, dass bei der jeweiligen elektrischen Ansteuerung der Aktor 28 von dem Steuergerät 30 mit der elektrischen Energie versorgt wird.
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Um nun das Nockenstück 20 auf besonders bauraum- und kostengünstige Weise sowie besonders funktionssicher verschieben zu können und somit eine auch als Ventilhubumschaltung bezeichnete Hubumschaltung sicher, bauraum- und kostengünstig realisieren zu können, ist der Aktor dazu ausgebildet, bei aufeinanderfolgenden und mit gleicher Polarität erfolgenden elektrischen Ansteuerungen des Aktors 28 das Nockenstück 20 abwechselnd zwischen den Stellungen hin- und herzuschieben. Hierzu weist das Steuergerät 30 für den Aktor 28 genau einen Ausgang 32 auf, über welchen die aufeinanderfolgenden und mit gleicher Polarität erfolgenden elektrischen Ansteuerungen des elektrisch betreibbaren Aktors 28 erfolgen. Mit anderen Worten steuert das Steuergerät 30 den Aktor 28 lediglich über den genau einen Ausgang 32 an, um dadurch das Nockenstück 20 zwischen den Stellungen zu verschieben.
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Bei dem in den Fig. veranschaulichten Ausführungsbeispiel ist der Aktor 28 als Linearaktor ausgebildet, welcher genau eine Spule 34 aufweist. Die Spule 34 ist durch die jeweilige elektrische Ansteuerung mit elektrischem Strom versorgbar. Mit anderen Worten fließt bei der jeweiligen elektrischen Ansteuerung der elektrische Strom, mit welchem der Aktor 28 über den Ausgang 32 von dem Steuergerät 30 versorgt wird, durch die Spule 34. Da die elektrischen Ansteuerungen stets mit der gleichen beziehungsweise mit derselben Polarität erfolgen, strömt der elektrische Strom bei den elektrischen Ansteuerungen jeweils in dieselbe Stromflussrichtung durch die Spule 34 und somit durch den Aktor 28.
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Die Spule 34 wird auch als Magnetspule bezeichnet, da durch das Versorgen der Spule 34 mit elektrischem Strom wenigstens ein Magnetfeld erzeugt und von der Spule 34 bereitgestellt wird. Das Versorgen der Spule 34 mit dem elektrischen Strom wird auch als Bestromen bezeichnet. Endet die jeweilige elektrische Ansteuerung, das heißt endet das Bestromen, so fließt zwischen dem Ende der jeweiligen elektrischen Ansteuerung und vor einem Beginn der jeweils nächsten elektrischen Ansteuerung kein elektrischer Strom durch die Spule 34, sodass die Spule 34 unbestromt beziehungsweise in einem unbestromten Zustand ist.
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Der Linearaktor (Aktor 28) weist darüber hinaus genau einen Anker 36 auf, welcher durch Bestromen der Spule 34, das heißt durch Versorgen der Spule 34 mit elektrischem Strom, mittels der Spule 34 relativ zu dieser translatorisch bewegbar ist. Der Anker 36 wird auch als Magnetanker bezeichnet, der mittels des Magnetfelds translatorisch bewegt werden kann. In 1 veranschaulicht ein Pfeil 38 eine sogenannte Ankerrichtung, in welche der Anker 36 bewegt wird, wenn die Spule 34 bestromt wird. Durch Bestromen der Spule 34 wird der Anker 36 beispielsweise aus einer in 4 gezeigten Ausgangsstellung in eine in 1 gezeigte Betätigungsstellung und dabei in die Ankerrichtung (Pfeil 38) bewegt. Die Ankerrichtung verläuft dabei in Richtung der Nockenwelle 12, sodass der Anker 36 beim Bewegen des Ankers 36 aus der Ausgangsstellung in die Betätigungsstellung in Richtung der Nockenwelle 12 beziehungsweise in Richtung des Nockenstücks 20 und somit auf das Nockenstück 20 zubewegt wird.
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Der Aktor 28 umfasst ferner ein Steuerelement in Form einer Steuerscheibe 40, welche in 2 und 5 in einer jeweiligen Draufsicht gezeigt ist. Die Steuerscheibe 40 ist dabei mit dem Anker 36 gekoppelt und insbesondere an dem Anker 36 befestigt. Hierdurch ist die Steuerscheibe 40 mit dem Anker 36 relativ zu der Spule 34 und relativ zur Nockenwelle 12 mitbewegbar. Wird somit beispielsweise der Anker 36 in die Ankerrichtung (Pfeil 38) und somit beispielsweise aus der Ausgangsstellung in die Betätigungsstellung bewegt, so wird auch die Steuerscheibe 40 in die Ankerrichtung und dabei aus der Ausgangsstellung in die Betätigungsrichtung bewegt. Somit wird auch die Steuerscheibe 40 auf das Nockenstück 20 zubewegt. Die Ankerrichtung verläuft beispielsweise zumindest im Wesentlichen senkrecht zur axialen Richtung der Nockenwelle 12.
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Die Ventiltriebvorrichtung 10 umfasst darüber hinaus eine Zwangsführung 42, deren Funktion und Komponenten im Folgenden noch genauer erläutert wird. Mittels der Zwangsführung 42 sind aus translatorischen Bewegungen der Steuerscheibe 40 resultierende und relativ zu der Nockenwelle 12 um eine Drehachse 44 erfolgende Drehungen der Steuerscheibe 40 bewirkbar. Dies bedeutet, dass die Zwangsführung 42 beispielsweise aus den elektrischen Ansteuerungen resultierende translatorische Bewegungen der Steuerscheibe 40 in Drehungen der Steuerscheibe 40 um die Drehachse 44 relativ zur Nockenwelle 12 umwandelt. Die jeweilige elektrische Ansteuerung bewirkt somit nicht nur eine translatorische Bewegung der Steuerscheibe 40 aus der Ausgangsstellung in die Betätigungsstellung, sondern mithilfe der Zwangsführung 42 resultiert aus der jeweilige elektrischen Ansteuerung auch eine Drehung der Steuerscheibe 40 um die Drehachse 44 relativ zur Nockenwelle 20.
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Der Aktor 28 umfasst dabei wenigstens ein erstes Betätigungselement 46 und wenigstens ein zweites Betätigungselement 48, welche beispielsweise als Stifte oder vorliegend als Bolzen ausgebildet sind. Das jeweilige Betätigungselement 46 beziehungsweise 48 ist entlang einer beziehungsweise in eine in 1 durch einen Pfeil 50 veranschaulichte Betätigungsrichtung translatorisch relativ zur Nockenwelle 12 bewegbar. Aus 1 ist erkennbar, dass die Betätigungsrichtung der Ankerrichtung entspricht beziehungsweise parallel zur Ankerrichtung verläuft oder mit der Ankerrichtung zusammenfällt, wobei die Betätigungsrichtung beispielsweise zumindest im Wesentlichen senkrecht zur axialen Richtung verläuft. Die Steuerscheibe 40 betätigt bei ihren durch die aufeinanderfolgenden elektrischen Ansteuerungen bewirkten translatorischen Bewegungen und infolge ihrer mittels der Zwangsführung 42 bewirkten Drehungen die Betätigungselemente 46 und 48 abwechselnd, wodurch die Betätigungselemente 46 und 48 bei den aufeinanderfolgenden elektrischen Ansteuerungen abwechselnd translatorisch in die Betätigungsrichtung relativ zu der Nockenwelle 12 bewegt, insbesondere auf die Nockenwelle 12 zubewegt, werden, sodass die Steuerscheibe 40 das abwechselnde Hin- und Herschieben des Nockenstücks 20 bewirkt. Dies wird im Folgenden ebenfalls noch näher erläutert. Das erste Betätigungselement 46 weist dabei eine erste Betätigungsfläche 52 auf, welche schräg zur Betätigungsrichtung und schräg zur axialen Richtung der Nockenwelle 12 verläuft. Das zweite Betätigungselement 48 weist eine zweite Betätigungsfläche 54 auf, welche schräg zur Betätigungsrichtung und schräg zur axialen Richtung der Nockenwelle 12 verläuft.
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Die Ventiltriebvorrichtung 10, insbesondere der Aktor 28, umfasst ein in axialer Richtung der Nockenwelle 12 relativ zu dem Wellenelement 18 verschiebbares Schiebeelement in Form eines Schiebeschlittens 56, mittels welchem das Nockenstücks 20 relativ zu dem Wellenelement 18 zwischen den Stellungen hin- und herschiebbar ist. Hierzu weist das Nockenstück 20 beispielsweise ein insbesondere als Scheibe ausgebildetes erstes Formschlusselement 58 auf, welches beispielsweise formschlüssig mit wenigstens einem zweiten Formschlusselement 60 des Schiebeschlittens 56 zusammenwirkt. Hierbei ist das Formschlusselement 60 als Aufnahme ausgebildet beziehungsweise das Formschlusselement 60 weist eine Aufnahme 62 auf, in welche das Formschlusselement 58 eingreift. Wird somit beispielsweise der Schiebeschlitten 56 in eine mit der axialen Richtung zusammenfallende und in 1 durch einen Pfeil 64 veranschaulichte erste Schieberichtung relativ zu dem Wellenelement 18 verschoben, so nimmt der Schiebeschlitten 56 das Nockenstück 20 mit, sodass auch das Nockenstück 20 in die erste Schieberichtung relativ zu dem Wellenelement 18 verschoben wird. Wird demgegenüber der Schiebeschlitten 56 in eine der ersten Schieberichtung entgegengesetzte und in 1 durch einen Pfeil 66 veranschaulichte zweite Schieberichtung relativ zu dem Wellenelement 18 verschoben, so nimmt der Schiebeschlitten 56 das Nockenstück 20 mit, sodass auch das Nockenstück 20 in die zweite Schieberichtung relativ zum Wellenelement 18 verschoben wird. Durch Verschieben des Nockenstücks 20 in die erste Schieberichtung kann beispielsweise das Nockenstück 20 aus der ersten Stellung in die zweite Stellung verschoben werden. Durch Verschieben des Nockenstücks 20 in die zweite Schieberichtung kann beispielsweise das Nockenstück 20 aus der zweiten Stellung in die erste Stellung verschoben werden.
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Dabei weist der Schiebeschlitten 56 eine mit der ersten Betätigungsfläche 52 korrespondierende dritte Betätigungsfläche 68 auf, welche schräg zur Betätigungsrichtung und schräg zur axialen Richtung der Nockenwelle 12 verläuft. Der Schiebeschlitten 56 weist darüber hinaus eine mit der zweiten Betätigungsfläche 54 korrespondierende vierte Betätigungsfläche 70 auf, welche schräg zur Betätigungsrichtung und schräg zur axialen Richtung der Nockenwelle 12 verläuft. Die erste Betätigungsfläche 52 ist durch Betätigen des ersten Betätigungselements 46 in Stützanlage mit der dritten Betätigungsfläche 68 bewegbar, wodurch der Schiebeschlitten 56 in die entlang der axialen Richtung der Nockenwelle 12 verlaufende erste Schieberichtung relativ zu dem Wellenelement 18 verschoben wird, um dadurch über den Schiebeschlitten 56 eine Verschiebung des Nockenstücks 20 aus der ersten Stellung in die zweite Stellung zu bewirken.
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Die zweite Betätigungsfläche 54 ist durch Betätigen des zweiten Betätigungselements 48 in Stützanlage mit der vierten Betätigungsfläche 70 bewegbar, wodurch der Schiebeschlitten 56 in die entlang der axialen Richtung der Nockenwelle 12 verlaufende und der ersten Schieberichtung entgegengesetzte zweite Schieberichtung relativ zu dem Wellenelement 18 verschoben wird, wodurch über den Schiebeschlitten 56 eine Verschiebung des Nockenstücks 20 aus der zweiten Stellung in die erste Stellung bewirkt wird. Bei der durch die Steuerscheibe 40 bewirkten Betätigung eines der Betätigungselemente 46 und 48 unterbleibt die durch die Steuerscheibe 40 bewirkte Betätigung des jeweils anderen Betätigungselements 48 beziehungsweise 46, sodass das Nockenstück 20 stets nur in eine der Schieberichtungen geschoben wird.
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Besonders gut aus 2 und 5 ist erkennbar, dass die Steuerscheibe 40 eine Mehrzahl von Ausnehmungen 72a-c aufweist, welche jeweils beispielsweise als Durchgangsöffnungen ausgebildet sind. In Umfangsrichtung der Steuerscheibe 40 sind die Ausnehmungen 72a-c hintereinander beziehungsweise aufeinanderfolgend angeordnet und voneinander beabstandet, wobei die Ausnehmungen 72a-c in Umfangsrichtung der Steuerscheibe 40 gleichmäßig verteilt angeordnet sind. Bei dem in den Fig. veranschaulichten Ausführungsbeispiel weist die Steuerscheibe 40 genau drei Ausnehmungen 72a-c auf, welche dadurch, dass die Ausnehmungen 72a-c in Umfangsrichtung der Steuerscheibe 40 gleichmäßig verteilt angeordnet sind, paarweise um 120 Grad voneinander beabstandet sind, insbesondere um die Drehachse 44 herum verlaufen. In Umfangsrichtung der Steuerscheibe 40 sind zwischen den jeweiligen Ausnehmungen 72a-c jeweilige Wandungsbereiche 74a-c der Steuerscheibe 40 angeordnet, wobei die Wandungsbereiche 74a-c die Ausnehmungen 72a-c jeweils zumindest teilweise begrenzen.
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1 und 2 zeigen beispielsweise eine erste Drehstellung der Steuerscheibe 40, die mittels der Zwangsführung 42 in die erste Drehstellung gedreht werden kann. In der ersten Drehstellung befindet sich die Ausnehmung 72a in Überlappung beziehungsweise in Überdeckung mit dem Betätigungselement 46. Des Weiteren befindet sich in der ersten Drehstellung beispielsweise der Wandungsbereich 74c in Überlappung beziehungsweise in Überdeckung mit dem Betätigungselement 48. Werden dann der Anker 36 und mit diesem die Steuerscheibe 40 aus der Ausgangsstellung in die Betätigungsstellung und somit in die Betätigungsrichtung beziehungsweise in die Ankerrichtung bewegt, so taucht das Betätigungselement 46 in die Ausnehmung 72a ein beziehungsweise durch diese hindurch. Mit anderen Worten wird das Betätigungselement 46 in der Ausnehmung 72a angeordnet. Wieder mit anderen Worten ausgedrückt greift das Betätigungselement 46 in die Ausnehmung 72a ein, insbesondere derart, dass eine durch die Steuerscheibe 40 bewirkte Betätigung des Betätigungselements 46 unterbleibt. Der Wandungsbereich 74c jedoch kommt in Stützanlage mit dem Betätigungselement 48 beziehungsweise das Betätigungselement 48 wird mittels des Wandungsbereichs 74c betätigt und somit in die Betätigungsrichtung bewegt. Dadurch kommt die Betätigungsfläche 54 in Stützanlage mit der Betätigungsfläche 70, sodass die Betätigungsfläche 54 an der Betätigungsfläche 70 abgleitet beziehungsweise umgekehrt. In der Folge werden der Schiebeschlitten 56 und mit diesem das Nockenstück 20 in die zweite Schieberichtung relativ zu dem Wellenelement 18 verschoben, wodurch beispielsweise das Nockenstück 20 in die in 1 gezeigte erste Stellung geschoben wird, insbesondere ausgehend von der zweiten Stellung.
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Wird beispielsweise die Steuerscheibe 40 ausgehend von der in 2 gezeigten ersten Drehstellung um 180 Grad um die Drehachse 44 relativ zu der Nockenwelle 12 gedreht, so kommt die Steuerscheibe 40 beispielsweise in eine zweite Drehstellung. In der zweiten Drehstellung befindet sich die Ausnehmung 72a in Überlappung beziehungsweise in Überdeckung mit dem Betätigungselement 48, und der Wandungsbereich 74c befindet sich in Überlappung beziehungsweise in Überdeckung mit dem Betätigungselement 46. Werden dann beispielsweise der Anker 36 und mit diesem die Steuerscheibe 40 aus der Ausgangsstellung in die Betätigungsstellung und somit in die Ankerrichtung beziehungsweise in die Betätigungsrichtung bewegt, so taucht das Betätigungselement 48 in die Ausnehmung 72a ein, derart, dass eine durch die Steuerscheibe 40 bewirkte Betätigung des Betätigungselements 48 unterbleibt. Das Betätigungselement 46 jedoch wird mittels des Wandungsbereichs 74c betätigt und dadurch translatorisch in die Betätigungsrichtung bewegt. Hierdurch kommt die Betätigungsfläche 52 in Stützanlage mit der Betätigungsfläche 68, sodass die Betätigungsfläche 52 an der Betätigungsfläche 68 abgleitet beziehungsweise umgekehrt. In der Folge werden der Schiebeschlitten 56 und mit diesem das Nockenstück 20 in die erste Schieberichtung relativ zu dem Wellenelement 18 verschoben, wodurch das Nockenstück 20 aus der ersten Stellung in die zweite Stellung relativ zu dem Wellenelement 18 verschoben wird. Mittels der Zwangsführung 42 wird die Steuerscheibe 40 bei ihren jeweiligen Bewegungen aus der Betätigungsstellung in die Ausgangsstellung in jeweilige Drehstellungen bewegt, wobei in der jeweiligen Drehstellung sich genau eine der Ausnehmungen 72a-c in Überlappung mit genau einem der Betätigungselemente 46 und 48 und genau einer der Wandungsbereiche 74a-c in Überlappung mit dem jeweils anderen der Betätigungselemente 46 und 48 befindet. Die zuvor beschriebene erste Drehstellung und die zuvor beschriebene zweite Drehstellung gehören dabei zu den Drehstellungen, in welchen die Steuerscheibe 40 mittels der Zwangsführung 42 gedreht werden kann beziehungsweise gedreht wird. Somit wird bei einer jeweiligen translatorischen Bewegung der Steuerscheibe 40 aus der Ausgangsstellung in die Betätigungsstellung genau eines der Betätigungselemente 46 und 48 betätigt, während eine Betätigung des jeweils anderen Betätigungselements 48 beziehungsweise 46 unterbleibt. Auf diese Weise kann das Nockenstück 20 einfach hin- und hergeschoben werden.
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Die Zwangsführung 42 umfasst dabei wenigstens ein Federelement, welches vorliegend durch die Spule 34 gebildet ist. Das Federelement (Spule 34) ist beispielsweise einerseits beziehungsweise einenends zumindest mittelbar, insbesondere direkt, an dem Gehäuse abgestützt. Andererseits beziehungsweise anderenends ist das Federelement beispielsweise zumindest mittelbar, insbesondere direkt, an der Steuerscheibe 40 abgestützt. Die Steuerscheibe 40 ist dabei entlang der Ankerrichtung beziehungsweise entlang der Betätigungsrichtung relativ zu dem Gehäuse translatorisch bewegbar. Wird nun die Steuerscheibe 40 translatorisch entlang der Ankerrichtung und dadurch aus der Ausgangsstellung in die Betätigungsstellung bewegt, so wird das Federelement gespannt. Bei dem in den Fig. veranschaulichten Ausführungsbeispiel wird das Federelement (Spule 34) komprimiert. Das Federelement ist beispielsweise als Schraubenfeder ausgebildet, die durch das Spannen beziehungsweise Komprimieren des Federelements tordiert beziehungsweise in sich verdreht wird. Hierunter ist insbesondere zu verstehen, dass jeweilige Enden des Federelements relativ zueinander verdreht werden, insbesondere um die Drehachse 44. Das Federelement ist somit in der Betätigungsstellung gegenüber der Ausgangsstellung stärker gespannt, sodass das Federelement zumindest in der Betätigungsstellung eine Federkraft bereitstellt, welche zumindest mittelbar, insbesondere direkt, auf die Steuerscheibe 40 wirkt. Nach dem Ende der elektrischen Ansteuerung und vor dem Beginn der nächsten elektrischen Ansteuerung kann sich das Federelement zumindest teilweise entspannen, wodurch die Steuerscheibe 40 und mit dieser der Anker 36 mittels des sich entspannenden Federelements beziehungsweise mittels der Federkraft aus der Betätigungsstellung zurück in die Ausgangsstellung bewegt werden.
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Hierbei werden die Steuerscheibe 40 und der Anker 36 in eine der Ankerrichtung beziehungsweise in eine der Ankerrichtung beziehungsweise der Betätigungsrichtung entgegengesetzte und in 1 durch einen Pfeil 76 veranschaulichte Rückstellungsrichtung translatorisch bewegt, insbesondere relativ zur Nockenwelle 12 und dabei von der Nockenwelle 12 weg. Die Rückstellungsrichtung wird auch als Rückrichtung bezeichnet. Beim Entspannen des Federelements dreht sich das Federelement selbständig zurück. Mit anderen Worten werden beim Spannen des Federelements dessen Enden in eine erste Drehrichtung relativ zueinander verdreht. Beim Entspannen des Federelements dreht sich das Federelement in eine der ersten Drehrichtung entgegengesetzte zweite Drehrichtung selbständig derart zurück, dass sich die Enden in die der ersten Drehrichtung entgegengesetzte zweite Drehrichtung relativ zueinander verdrehen. Hierdurch bewirkt das Federelement beziehungsweise die Zwangsführung 42 eine Drehung der Steuerscheibe 40 um die Drehachse 44, insbesondere in die zweite Drehrichtung. Eine durch die Zwangsführung 42 bewirkte Drehung der Steuerscheibe 40 in die erste Drehrichtung unterbleibt, obwohl beim Spannen des Federelements dessen Enden in die erste Drehrichtung relativ zueinander verdreht werden, da das Federelement mit der Steuerscheibe 40 beispielsweise über eine aus 3 erkennbare und auch als Freilauf bezeichnete Freilaufeinrichtung 78 gekoppelt ist beziehungsweise zusammenwirkt. Die Freilaufeinrichtung 78 umfasst eine beispielsweise als Mikroverzahnung ausgebildete Verzahnung 80, welche an der Steuerscheibe 40, insbesondere an einer dem Federelement (Spule 34) zugewandten Seite 82 der Steuerscheibe 40 vorgesehen ist. Die Seite 82 ist dabei eine dem Federelement zugeordnete Breitseite der Steuerscheibe 40.
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Die mittels der Ventiltriebvorrichtung 10 bewirkbare Hubumschaltung wird im Folgenden zusammengefasst erläutert: Gemäß 1 ist die Spule 34 beispielsweise zunächst bestromt und zieht somit den Anker 36 und die daran befestigte Steuerscheibe 40 an, sodass die Spule 34 beziehungsweise das mittels der Spule 34 erzeugte Magnetfeld den Anker 36 und die Steuerscheibe 40 entgegen der durch das Federelement bereitgestellten Federkraft in der Betätigungsstellung hält. Da die Steuerscheibe 40 die beispielsweise als Aussparungen ausgebildeten Ausnehmungen 72a-c aufweist und sich die Ausnehmung 72a in Überlappung mit dem Betätigungselement 46 befindet, ist beziehungsweise wird mittels der Steuerscheibe 40 lediglich das beispielsweise als Übertragungsbolzen ausgebildete Betätigungselement 48 betätigt, während eine durch die Steuerscheibe 40 bewirkte Betätigung des beispielsweise als Übertragungsbolzen ausgebildeten Betätigungselements 46 unterbleibt. Das Nockenstück 20 befindet sich in der ersten Stellung, sodass das Ventil mittels des Nockens 24 beaufschlagt beziehungsweise betätigt wird.
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2 zeigt die erste Drehstellung der Steuerscheibe 40, die die erste Drehstellung beispielsweise in 1 einnimmt. Ausgehend von 1 wird die Bestromung der Spule 34 beispielsweise abgeschaltet. Vor Beginn der nächsten elektrischen Ansteuerung und somit vor Beginn der nächsten Bestromung der Spule 34 ist diese somit unbestromt, was in 4 dargestellt ist. Da die Spule 34 als Federelement wirkt, hebt beispielsweise die Spule 34 nach dem Beenden der Bestromung und vor Beginn der nächsten Bestromung die Steuerscheibe 40 und nimmt beispielsweise den magnetisch daran gehaltenen Anker 36 an und bewegt diese aus der Betätigungsstellung in die Ausgangsstellung, welche in 4 gezeigt ist. Durch das dabei stattfindende und auch als Expansion bezeichnete Entspannen der Spule 34 (Federelement beziehungsweise Schraubenfeder) verdrehen sich die Enden der Schraubenfeder relativ zueinander in die zweite Drehrichtung. Da eines der Enden des Federelements gehäusefest, das heißt an dem Gehäuse festgelegt ist, verdreht sich das andere Ende des Federelements in die zweite Drehrichtung relativ zum einen Ende, wodurch das andere Ende über die als Freilauf wirkende Verzahnung 80 die Steuerscheibe 40 um die Drehachse 44 in die zweite Drehrichtung relativ zur Nockenwelle 12, insbesondere dann, wenn das Betätigungselement 46 infolge der Bewegung der Steuerscheibe 40 in Richtung der Ausgangsstellung aus der Ausnehmung 72a austaucht, wodurch die Steuerscheibe 40 nicht mehr über die Ausnehmung 72a und das Betätigungselement 46 geführt wird. Dies bedeutet, dass beispielsweise solange das Betätigungselement 46 in die Ausnehmung 72a eingreift, die Steuerscheibe 40 gegen eine Drehung um die Drehachse 44 gesichert wird. Sind die Betätigungselemente 46 und 48 vollständig außerhalb der Ausnehmungen 72a-c angeordnet, so kann die durch die Zwangsführung 42, insbesondere durch das Federelement, bewirkte Verdrehung der Steuerscheibe 40 um die Drehachse 44 in die zweite Drehrichtung erfolgen. Gemäß 4 befindet sich das Nockenstück 20 noch in der ersten Stellung, sodass das Ventil noch mittels des ersten Nockens 24 betätigt wird.
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5 zeigt beispielsweise eine dritte Drehstellung der Steuerscheibe 40, wobei auch diese dritte Drehstellung zu den Drehstellungen gehört, in die die Zwangsführung 42 der Steuerscheibe 40 drehen kann. Die Drehung der Steuerscheibe 40 um die Drehachse 44 in die zweite Drehrichtung ist in 5 durch einen Pfeil 84 veranschaulicht. In der dritten Drehstellung befindet sich beispielsweise die Ausnehmung 72b in Überlappung mit dem Betätigungselement 48, während sich der Wandungsbereich 74a in Überlappung mit dem Betätigungselement 46 befindet.
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Gemäß 6 wird die Spule 34 wieder bestromt, wodurch die Steuerscheibe 40 und der Anker 36 aus der Ausgangsstellung, welche in 4 gezeigt ist, in die Betätigungsstellung bewegt werden. Da die Steuerscheibe 40 zuvor verdreht wurde, taucht nun das Betätigungselement 48 in die Ausnehmung 72b ein, während jedoch das Betätigungselement 46 mittels des Wandungsbereichs 74a betätigt wird. In der Folge kommt die Betätigungsfläche 52 in Stützanlage mit der Betätigungsfläche 68, wodurch der Schiebeschlitten 56 und mit diesem das Nockenstück 20 in die erste Schieberichtung geschoben werden.
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Da bei der jeweiligen Bewegung der Steuerscheibe 40 aus der Ausgangsstellung in die Betätigungsstellung jeweils eines der Betätigungselemente 46 und 48 in jeweils eine der Ausnehmungen 72a-c eintaucht, wird die Steuerscheibe 40 bei ihrer Bewegung aus der Ausgangsstellung in die Betätigungsstellung gegen eine Drehung um die Drehachse 44 gesichert. Mit anderen Worten kann sich die Steuerscheibe 40 bei ihrer Bewegung in die Betätigungsstellung nicht verdrehen. Die Enden des Federelements werden jedoch relativ zueinander verdreht, wobei jedoch das andere Ende des Federelements über wenigstens einen Zahn der Verzahnung 80 rutscht. Hierdurch wird das Verdrehen der Enden des Federelements relativ zueinander in die erste Drehrichtung nicht verhindert. Beim Entspannen des Federelements kommt das andere Ende beispielsweise in Stützanlage mit wenigstens einem Zahn der Verzahnung 80, wodurch das Federelement über ihr anderes Ende dann, wenn sich das Federelement entspannt, ein Drehmoment auf die Steuerscheibe 40 ausüben kann. Durch dieses Drehmoment wird dann, wenn die Betätigungselemente 46 und 48 nicht in die Ausnehmungen 72a-c eingreifen, die Steuerscheibe 40 um die Drehachse 44 in die zweite Drehrichtung gedreht. Auf diese Weise kann die Steuerscheibe 40 mittels der Zwangsführung 42 sukzessive um die Drehachse 44 in die zweite Drehrichtung von Drehstellung zu Drehstellung gedreht werden, in der jeweils eine der Ausnehmungen 72a-c eines der Betätigungselemente 46 und 48 und einen der Wandungsbereiche 74a-c eines der Betätigungselemente 46 und 48 und einen der Wandungsbereiche 74a-c eines der Betätigungselemente 46 und 48 überlappt. In 6 ist erkennbar, dass der Ventiltrieb umgeschaltet wurde, sodass das Ventil nun mittels des zweiten Nockens 26 betätigt wird.
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Insgesamt ist erkennbar, dass der Aktor 28 als ein elektromechanischer Linearaktor mit nur einer Spule 34 und nur einem Anker 36 ausgeführt ist. Der Anker 36 beziehungsweise die Steuerscheibe 40 kann die zwei beispielsweise als Bolzen ausgebildeten Betätigungselemente 46 und 48 betätigen. Bei jeder Bestromung der Spule 34 wird der Anker 36 angezogen. Nach Ende der Bestromung und vor Beginn einer nächsten Bestromung führt der Anker 36 beziehungsweise die Steuerscheibe 40 einen Rückhub aus, in dessen Rahmen die Steuerscheibe 40 und der Anker 36 sich aus der Betätigungsstellung zurück in die Ausgangsstellung bewegen. Über die beispielsweise als Mechanik ausgebildete Zwangsführung 42 erfolgt bei dem Rückhub eine Drehung der Steuerscheibe 40 um einen Winkelbetrag und dabei um die Drehachse 44 relativ zur Nockenwelle 12, sodass bei den aufeinanderfolgenden elektrischen Ansteuerungen abwechselnd immer nur eines der Betätigungselemente 46 und 48 betätigt wird. Das jeweilige Betätigungselement 46 beziehungsweise 48 drückt beispielsweise auf den auch als Schlitten bezeichneten Schiebeschlitten 56, um mittels des Schlittens das Nockenstück 20 zu verschieben.
