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Die Erfindung betrifft einen Ventiltrieb für eine Brennkraftmaschine mit einer Nockenwelle und mit wenigstens einem Nockenfolger.
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Gattungsgemäße Ventiltriebe für eine Brennkraftmaschine mit einer Nockenwelle und mit einem Nockenfolger sowie mit wenigstens einer Nockengruppe sind bereits bekannt. Die Nockengruppe weist einen ersten Nocken und einen axial benachbarten zweiten Nocken auf, wobei der Nockenfolger abwechselnd mit dem ersten Nocken oder mit dem zweiten Nocken antriebsverbunden ist. So kann bei einem Zylinder des Ventiltriebs zwischen unterschiedlichen Nockenprofilen gewechselt werden.
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Der Ventiltrieb weist auch eine Verstelleinrichtung mit einem ersten Eingriffselement und mit einem zweiten Eingriffselement auf. Die Eingriffselemente wirken dabei mit jeweils einer Führung zusammen, durch die der Nockenfolger entlang der Nockenwelle verschoben und mit dem ersten Nocken oder mit dem zweiten Nocken verbunden wird. Die Führungen können dabei an einer Kulissenführung oder an jeweils einer Kulissenführung angeordnet sein. Um den Nockenfolger zu verstellen, wechseln die Eingriffselemente zwischen einer Grundposition und einer Schaltposition und werden dabei radial in dem Nockenfolger zu den zugehörigen Führungen hin verschoben. Die Eingriffselemente weisen in der Grundposition keinen Kontakt mit der zugehörigen Führung auf und wirken dann nur in der Schaltposition mit der zugehörigen Führung zusammen.
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Um die Verstelleinrichtung zu steuern, weist der aus dem Stand der Technik bekannte Ventiltrieb eine Steuerwelle mit Steuernocken auf, wobei durch eine Drehung der Steuerwelle die Eingriffselemente durch einen Anschlag der Steuernocken radial in dem Nockenfolger verschoben werden. Um die Eingriffselemente einzeln betätigen zu können, müssen die Position der Steuernocken auf der Steuerwelle genau definiert werden und die Steuerwelle um unterschiedliche Winkel und in unterschiedliche Richtungen verdreht werden. Insgesamt ist der Steuerungsaufwand in den herkömmlichen Ventiltrieben dadurch sehr hoch und steigt mit der Anzahl der getrennt anzusteuernden Zylinder weiter.
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Die Aufgabe der Erfindung ist es daher, für einen Ventiltrieb der gattungsgemäßen Art eine alternative Ausführungsform anzugeben, bei der der Steuerungsaufwand in dem Ventiltrieb reduziert wird.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch den Gegenstand des unabhängigen Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
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Die vorliegende Erfindung beruht auf dem allgemeinen Gedanken, eine Steuernockengruppe an einer Steuerachse drehbar anzuordnen und durch eine elektromagnetische Anordnung die Steuernocken einzeln anzusteuern. Hierzu weist der erfindungsgemäße Ventiltrieb eine Nockenwelle und wenigstens einen Nockenfolger auf, wobei die Nockenwelle wenigstens eine drehfest auf der Nockenwelle festgelegte Nockengruppe mit einem ersten Nocken und mit einem zu dem ersten Nocken axial benachbarten zweiten Nocken aufweist. Der jeweilige Nockenfolger ist in einer ersten Position mit dem ersten Nocken der jeweiligen Nockengruppe und in einer zweiten Position mit dem zweiten Nocken der jeweiligen Nockengruppe antriebsverbunden. Zum Verstellen des Nockenfolgers in die erste Position oder in die zweite Position weist der Ventiltrieb wenigstens eine Verstelleinrichtung auf, die ein erstes verstellbares Eingriffselement und ein zweites verstellbares Eingriffselement aufweist. Das erste Eingriffselement wirkt dabei mit einer an der Nockenwelle angeordneten ersten Führung und das zweite Eingriffselement wirkt mit einer an der Nockenwelle angeordneten zweiten Führung zusammen. Das erste Eingriffselement und das zweite Eingriffselement sind abwechselnd zwischen einer Grundposition und einer Schaltposition verstellbar, wobei in der Grundposition kein Kontakt mit der zugehörigen Führung besteht und in der Schaltposition das jeweilige Eingriffselement mit der zugehörigen Führung zusammenwirkt. Der Ventiltrieb weist auch wenigstens eine Steuerachse mit wenigstens einer Steuerelementgruppe auf, die einen ersten an der Steuerachse angeordneten Steuernocken und einen zweiten an der Steuerachse angeordneten Steuernocken aufweist. Erfindungsgemäß weist der Ventiltrieb wenigstens eine an dem jeweiligen Steuernocken festgelegte Magnetanordnung und wenigstens eine mit der Magnetanordnung elektromagnetisch zusammenwirkende und an der Steuerachse festgelegte Magnetschaltanordnung auf. Durch die Magnetanordnung und die Magnetschaltanordnung sind der erste Steuernocken und der zweite Steuernocken relativ zu der Steuerachse in eine Schaltnockenstellung und in eine Grundnockenstellung schwenkbar. In der Schaltnockenstellung ist das jeweilige Eingriffselement durch einen Anschlagbereich des jeweiligen Steuernockens aus der Grundposition in die Schaltposition verstellbar und in der Grundnockenstellung weist der jeweilige Steuernocken keinen Kontakt mit dem jeweiligen Eingriffselement auf.
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Die Magnetanordnung und die Magnetschaltanordnung wirken elektromagnetisch zusammen, so dass zwischen der Magnetanordnung und der Magnetschaltanordnung eine Anziehungskraft oder eine Abstoßungskraft wirken kann. Wirkt zwischen der Magnetanordnung und der Magnetschaltanordnung eine Abstoßungskraft, so stoßen sich die Magnetanordnung und die Magnetschaltanordnung voneinander ab. Da die Magnetanordnung an dem Steuernocken und die Magnetschaltanordnung an der Steuerachse festgelegt sind, kann sich der drehbar an der Steuerachse angeordnete Steuernocken an der Steuerachse verdrehen. Der jeweilige Steuernocken ist nun aus der Grundnockenstellung in die Schaltnockenstellung verstellt. Durch den Anschlagbereich übt der Steuernocken eine Kraft auf das zugehörige Eingriffselement aus, das sich folglich radial in dem Nockenfolger aus der Grundposition in die Schaltposition verstellt. In der Schaltposition wirkt das Eingriffselement mit der zugehörigen Führung zusammen, die das Eingriffselement entlang der Nockenwelle verschiebt und so den Nockenfolger aus der ersten Position in die zweite Position oder umgekehrt verstellt. Der Steuernocken kann anschließend durch eine mechanische Rückstellanordnung aus der Schaltnockenstellung in die Grundnockenstellung verstellt werden. Eine Rückstellung des Steuernockens in die Grundnockenstellung kann alternativ auch durch eine Umpolung der Magnetanordnung oder der Magnetschaltanordnung erfolgen, wobei zwischen der Magnetanordnung und der Magnetschaltanordnung eine Anziehungskraft wirkt und der Steuernocken zurück verdreht wird. Alternativ kann der jeweilige Steuernocken aus der Grundnockenstellung in die Schaltnockenstellung durch eine zwischen der Magnetanordnung und der Magnetschaltanordnung wirkende Anziehungskraft gebracht werden. Die Rückstellung kann auch hier durch eine mechanische Rückstellanordnung oder durch eine Umpolung der Magnetanordnung oder der Magnetschaltanordnung erfolgen.
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Um zwischen der Magnetanordnung und der Magnetschaltanordnung eine Anziehungskraft oder eine Abstoßungskraft aufzubauen, können die Magnetanordnung und die Magnetschaltanordnung jeweils wenigstens einen Elektromagnet aufweisen. Werden entgegengesetzte Pole der jeweiligen Elektromagneten einander zugewandt, so wirkt zwischen der Magnetanordnung und der Magnetschaltanordnung eine Anziehungskraft. Werden gleiche Pole der jeweiligen Elektromagneten einander zugewandt, so wirkt zwischen der Magnetanordnung und der Magnetschaltanordnung eine Abstoßungskraft. Durch eine Umpolung eines der Elektromagneten kann zwischen der Magnetanordnung und der Magnetschaltanordnung eine Anziehungskraft oder eine Abstoßungskraft wirken.
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Insgesamt können in dem erfindungsgemäßen Ventiltrieb die Steuernocken einzeln aus der Grundnockenstellung in die Schaltnockenstellung verstellt werden, wodurch die Eingriffselemente einzeln und vereinfacht angesteuert werden können. Der Steuerungsaufwand reduziert sich dadurch erheblich im Vergleich zu einem herkömmlichen Ventiltrieb auch bei mehreren getrennt anzusteuernden Zylindern.
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Um den Steuerungsaufwand weiter zu reduzieren, ist vorteilhafterweise vorgesehen, dass die Magnetanordnung wenigstens einen Permanentmagnet und die Magnetschaltanordnung wenigstens eine elektrische Spule aufweist. Bei dieser Ausführung weist die Magnetanordnung ein konstantes Magnetfeld auf und die Stromversorgung sowie die Ansteuerung der Magnetanordnung entfallen. Die elektromagnetische Wechselwirkung zwischen der Magnetanordnung und der Magnetschaltanordnung wird durch die Stromversorgung der elektrischen Spule ermöglicht. Die Stromversorgung kann dabei auf einfache Weise in die Steuerachse integriert werden. Um die Wechselwirkung zwischen der Magnetanordnung und der Magnetschaltanordnung zu verstärken, können mehrere Schaltgruppen aus jeweils einem Permanentmagnet und einer elektrischen Spule gebildet werden. Die Schaltgruppen sind zweckgemäß derart an der Steuerachse und an dem Steuernocken angeordnet, dass das Drehmoment und die Beschleunigung des Steuernockens erhöht und folglich die Ansteuerungszeiten reduziert werden.
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Vorteilhafterweise ist vorgesehen, dass in der Grundnockenstellung und/oder in der Schaltnockenstellung der jeweilige Permanentmagnet an einer Spulenfläche der jeweiligen elektrischen Spule anliegt. Die Spulenfläche der elektrischen Spule bildet auf diese Weise einen Anschlag für den Permanentmagnet, so dass die Grundnockenstellung oder auch die Schaltnockenstellung des jeweiligen Steuernockens relativ zu der Steuerachse definiert werden kann. So kann eine sichere und wiederholbare Ansteuerung der jeweiligen Eingriffselemente über eine längere Zeit erreicht werden.
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Bei einer vorteilhaften Weiterbildung des erfindungsgemäßen Ventiltriebs ist vorgesehen, dass die Magnetanordnung einen ersten Permanentmagnet und einen zweiten Permanentmagnet und die Magnetschaltanordnung eine elektrische Spule aufweist. Zweckgemäß kann die elektrische Spule zwischen dem ersten Permanentmagnet und dem zweiten Permanentmagnet angeordnet sein. Vorteilhafterweise können dazu der erste Permanentmagnet und der zweite Permanentmagnet an dem jeweiligen Steuernocken radial zueinander beabstandet angeordnet sein.
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Der erste Permanentmagnet und der zweite Permanentmagnet können dabei mit gleichen Polen einander zugewandt an dem Steuernocken angeordnet sein, so dass zwischen der elektrischen Spule und dem einen Permanentmagnet eine Anziehungskraft und gleichzeitig zwischen der elektrischen Spule und dem anderen Permanentmagnet eine Abstoßungskraft wirkt. Wird der jeweilige Steuernocken beispielsweise aus der Grundnockenstellung in die Schaltnockenstellung verstellt, so wirkt zwischen der elektrischen Spule und dem einen Permanentmagnet die Anziehungskraft und der Steuernocken verdreht sich entsprechend an der Steuerachse. Das Verdrehen des Steuernockens an der Steuerachse wird zusätzlich durch die zwischen der elektrischen Spule und dem anderen Permanentmagnet wirkende Abstoßungskraft unterstützt. Entsprechend kann bei dem Verstellen des jeweiligen Steuernockens aus der Schaltnockenstellung in die Grundnockenstellung die elektrische Spule umgepolt werden und der Steuernocken auf gleiche Weise an der Steuerachse zurückverdreht werden. Insgesamt können so das Drehmoment und die Beschleunigung des Steuernockens erhöht werden und dadurch die Ansteuerungszeiten reduziert werden.
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Vorteilhafterweise ist vorgesehen, dass in der Grundnockenstellung der erste Permanentmagnet an einer ersten Spulenfläche und in der Schaltnockenstellung der zweite Permanentmagnet an einer zweiten der ersten Spulenfläche gegenüberliegenden Spulenfläche der elektrischen Spule anliegt. Dazu kann die elektrische Spule an der Steuerachse zwischen den beabstandet zueinander angeordneten Permanentmagneten festgelegt sein und so einen Anschlag für den ersten Permanentmagnet in der Grundnockenstellung und für den zweiten Permanentmagnet in der Schaltnockenstellung bilden. Insbesondere sind dadurch wiederholbar die definierte Grundnockenstellung und die definierte Schaltnockenstellung erreichbar. Die Ansteuerung der Steuernocken und das Verstellen der Eingriffselemente werden dadurch weiter vereinfach.
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Bei einer Weiterbildung des erfindungsgemäßen Ventiltriebs ist vorgesehen, dass die Steuerachse eine Rückstellanordnung aufweist, durch die der Steuernocken in die Grundnockenstellung bringbar ist. Vorgesehen ist dabei, dass die Rückstellanordnung eine Federrückstellanordnung mit wenigstens einer Feder umfasst. So kann die Federrückstellanordnung beispielsweise eine Schraubenfeder aufweisen, die koaxial zu der Steuerachse an dieser angeordnet ist. Die Schraubenfeder kann dann beidseitig an dem Steuernocken und an der Steuerachse festgelegt sein und so den Steuernocken kraftschlüssig an der Steuerachse in der Grundnockenstellung festlegen. Insgesamt ist durch die Rückstellanordnung der Steuernocken auch in einem stromlosen Zustand in die Grundnockenstellung bringbar, wodurch die Ansteuerung des Steuernockens weiter vereinfacht werden kann.
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Vorteilhafterweise ist vorgesehen, dass der Anschlagbereich des jeweiligen Steuernockens ein Rampenbereich ist. Der Rampenbereich kann dabei von einem Neutralbereich zu dem Anschlagbereich radial von der Steuerachse nach außen stetig anwachsen. Durch den Rampenbereich kann das jeweilige Eingriffselement sicher und schnell verstellt werden.
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Um den Platzbedarf für die Steuerachse in dem Ventiltrieb zu reduzieren, ist vorteilhafterweise vorgesehen, dass die Steuerachse eine Kipphebelachse ist. Die Steuernocken sind dann auf der Kipphebelachse drehbar angeordnet und können die Eingriffselemente betätigen.
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Insgesamt können in dem erfindungsgemäßen Ventiltrieb die Eingriffselemente einzeln und vereinfacht angesteuert werden. Der Steuerungsaufwand reduziert sich dadurch im Vergleich zu einem herkömmlichen Ventiltrieb auch bei mehreren getrennt anzusteuernden Zylindern erheblich.
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Weitere wichtige Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, aus den Zeichnungen und aus der zugehörigen Figurenbeschreibung anhand der Zeichnungen.
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Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
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Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert, wobei sich gleiche Bezugszeichen auf gleiche oder ähnliche oder funktional gleiche Komponenten beziehen.
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Es zeigen, jeweils schematisch
- 1 eine Ansicht eines erfindungsgemäßen Ventiltriebs mit einer Steuerachse;
- 2 eine Ansicht eines Steuernockens an einer Steuerachse in einer Grundnockenstellung;
- 3 eine Ansicht des in 2 gezeigten Steuernockens bei einem Verstellen aus der Grundnockenstellung;
- 4 eine Ansicht des in 2 und in 3 gezeigten Steuernockens in einer Schaltnockenstellung;
- 5 eine Ansicht einer alternativ ausgestalteten Steuerachse.
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1 zeigt schematisch einen erfindungsgemäßen Ventiltrieb 1 mit einer Nockenwelle 2 und mit einem Nockenfolger 3. Die Nockenwelle 2 weist eine drehfest auf der Nockenwelle 2 festgelegte Nockengruppe 4 mit einem ersten Nocken 4a und mit einem zweiten Nocken 4b auf. Der erste Nocken 4a ist dabei axial zu dem zweiten Nocken 4b beabstandet angeordnet. Der Nockenfolger 3 ist in einem Kipphebel 5 entlang einer Kipphebelachse 6 aus einer ersten Position in eine zweite Position und umgekehrt verschiebbar angeordnet. Durch einen Roller 7 ist der Nockenfolger 3 in der ersten Position - wie hier abgebildet - mit dem ersten Nocken 4a und in der zweiten Position mit dem zweiten Nocken 4b antriebsverbunden.
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Zum Verstellen des Nockenfolgers 3 in die erste Position oder in die zweite Position weist der Ventiltrieb 1 eine Verstelleinrichtung 8 auf. Ein erstes verstellbares Eingriffselement 8a und ein zweites verstellbares Eingriffselement 8b der Verstelleinrichtung 8 wirken dabei mit jeweils einer an der Nockenwelle 2 angeordneten Führung 9a und 9b zusammen. Die Führungen 9a und 9b sind dabei an jeweils einer Kulissenführung 9 angeordnet, die drehfest an der Nockenwelle 2 festgelegt sind. Das erste Eingriffselement 8a und das zweite Eingriffselement 8b sind abwechselnd zwischen einer Grundposition und einer Schaltposition verstellbar. In der Grundposition besteht kein Kontakt mit der zugehörigen Führung 9a oder 9b und in der Schaltposition wirkt das Eingriffselement 8a oder 8b mit der zugehörigen Führung 9a oder 9b zusammen.
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Der Ventiltrieb 1 weist auch eine Steuerachse 10 auf, die in diesem Ausführungsbeispiel die Kipphebelachse 6 ist. Auf der Steuerachse 10 ist eine Steuerelementgruppe 11 angeordnet, die einen ersten Steuernocken 11a und einen zweiten Steuernocken 11b aufweist. An den Steuernocken 11a und 11b ist jeweils eine Magnetanordnung 12 und an der Steuerachse 10 jeweils eine Magnetschaltanordnung 13 festgelegt. Durch die Magnetanordnung 12 und die Magnetschaltanordnung 13 sind der erste Steuernocken 11a und der zweite Steuernocken 11b relativ zu der Steuerachse 10 unabhängig voneinander schwenkbar. Dadurch können die Eingriffselemente 8a und 8b durch jeweils einen Anschlagbereich 14a und 14b aus der Grundposition in die Schaltposition - radial in dem Nockenfolger 3 in Richtung der Führungen 9a und 9b - verstellt werden und mit den zugehörigen Führung 9a und 9b zusammenwirken.
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Insgesamt können in dem erfindungsgemäßen Ventiltrieb 1 die Steuernocken 11a und 11b einzeln verstellt werden, wodurch die Eingriffselemente 8a und 8b auch einzeln und vereinfacht angesteuert werden können. Der Steuerungsaufwand reduziert sich dadurch erheblich im Vergleich zu einem herkömmlichen Ventiltrieb auch bei mehreren einzeln anzusteuernden Zylindern.
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2 zeigt schematisch und beispielhaft den Steuernocken 11a an der Steuerachse 10 in einer Grundnockenstellung und 3 zeigt schematisch den Steuernocken 11a beim Verstellen aus der Grundnockenstellung in eine Schaltnockenstellung. In 4 ist nun der Steuernocken 11a in der Schaltnockenstellung gezeigt. In diesem Ausführungsbeispiel weist die Magnetanordnung 12 einen ersten Permanentmagnet 15a und einen zweiten Permanentmagnet 15b und die Magnetschaltanordnung 13 eine elektrische Spule 16a auf. Die elektrische Spule 16a ist zwischen dem ersten Permanentmagnet 15a und dem zweiten Permanentmagnet 15b angeordnet, die an dem Steuernocken 11a radial zueinander beabstandet angeordnet sind. Der erste Permanentmagnet 15a und der zweite Permanentmagnet 15b sind mit gleichen Polen einander zugewandt angeordnet. In der Grundnockenstellung (2) liegt der erste Permanentmagnet 15a an einer ersten Spulenfläche 17a der elektrischen Spule 16a an.
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Um den Steuernocken 11a aus der Grundnockenstellung (2) in die Schaltnockenstellung (4) zu verstellen, wird an die elektrische Spule 16a Spannung angelegt. Die elektrische Spule 16a ist dabei so gepolt, dass zwischen der elektrischen Spule 16a und dem ersten Permanentmagnet 15a eine Abstoßungskraft und zwischen der elektrischen Spule 16a und dem zweiten Permanentmagnet 15b eine Anziehungskraft wirkt. Der Steuernocken 11a verdreht sich entsprechend der Kraftwirkung an der Steuerachse 10 aus der Grundnockenstellung (2) in die Schaltnockenstellung (4). In der Schaltnockenstellung (4) liegt nun der zweite Permanentmagnet 15b an einer zweiten Spulenfläche 17b an. In der Schaltnockenstellung (4) kann der Anschlagbereich 14a des Steuernockens 11a das erste Eingriffselement 8a - hier nicht gezeigt - verstellen. Der Anschlagbereich 14a ist in diesem Ausführungsbeispiel in Forms eines Rampenbereichs 18 ausgestaltet, der von einem Neutralbereich 19 radial von der Steuerachse 10 nach außen stetig anwächst.
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Die Steuerachse 10 weist auch eine Rückstellanordnung 20 auf, die in diesem Ausführungsbeispiel eine Federrückstellanordnung 21 mit einer Schraubenfeder 22 ist. Die Schraubenfeder 22 ist koaxial an der Steuerachse 10 angeordnet und an der Steuerachse 10 und an dem Steuernocken 11a beidseitig festgelegt. Durch die Rückstellanordnung 20 ist der Steuernocken 11a aus der Schaltnockenstellung (4) in die Grundnockenstellung (2) auch in einem stromlosen Zustand verstellbar.
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5 zeigt schematisch und beispielhaft den Steuernocken 11a und die Steuerachse 10, wobei die Magnetschaltordnung 13 hier eine zweite elektrische Spule 16b aufweist. Die elektrischen Spulen 16a und 16b sind mit gleichen Polen einander zugewandt und in Umfangsrichtung beabstandet zueinander an der Steuerachse 10 angeordnet. Durch die zweite Spule 16b wird das Verstellen des Steuernockens 11a aus der Grundnockenstellung in die Schaltnockenstellung zusätzlich unterstützt. Die Rückstellanordnung 20 ermöglicht eine Rückstellung des Steuernockens 11a in die Grundnockenstellung auch in einem stromlosen Zustand.
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Insgesamt können in dem erfindungsgemäßen Ventiltrieb 1 die Eingriffselemente 8a und 8b einzeln auf eine einfache Weise angesteuert werden. Dadurch reduziert sich der Steuerungsaufwand im Vergleich zu einem herkömmlichen Ventiltrieb.
