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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 wenigstens einem Nockenfolger sowie mit wenigstens einer drehfest auf der Nockenwelle angeordneten Nockengruppe mit einem ersten Nocken und mit einem zu dem ersten Nocken axial benachbarten zweiten Nocken sind bereits bekannt. Der Nockenfolger ist dabei in einer ersten Position mit dem ersten Nocken der jeweiligen Nockengruppe und in einer zweiten Position mit dem zweiten Nocken der jeweiligen Nockengruppe antriebsverbunden.
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Eine Verstelleinrichtung verstellt den Nockenfolger entlang der Nockenwelle zwischen der ersten Position und der zweiten Position. In der ersten Position wirkt der Nockenfolger mit den jeweiligen ersten Nocken und in der zweiten Position mit den jeweiligen zweiten Nocken der jeweiligen Nockengruppen zusammen. So kann in dem Ventiltrieb zwischen mehreren Nockenprofilen geschaltet werden. Die Verstelleinrichtung weist dabei ein erstes verstellbares Eingriffselement und ein zweites verstellbares Eingriffselement auf, die mit jeweils einer an der Nockenwelle angeordneten Führung zusammenwirken. Die erste Führung und die zweite Führung können dabei gemeinsam an einer Kulissenführung oder an zwei getrennten Kulissenführungen angeordnet sein. Das erste Eingriffselement und das zweite Eingriffselement werden dabei abwechselnd zwischen einer Grundposition und einer Schaltposition verstellt, wobei in der Grundposition kein Kontakt mit der zugehörigen Führung besteht und in der Schaltposition das jeweilige Eingriffselement mit der zugehörigen Führung zusammenwirkt.
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Herkömmlich werden die jeweiligen Eingriffselemente durch integrierte elektromechanische Linearaktuatoren verstellt. Die elektromechanischen Linearaktuatoren müssen auf eine aufwändige Weise mit Strom versorgt und angesteuert werden. Dadurch werden die Einbau- und die Wartungskosten für die Eingriffselemente deutlich erhöht.
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Die Aufgabe der Erfindung ist es daher, für einen Ventiltrieb der gattungsgemäßen Art eine alternative Ausführungsform anzugeben, bei der der Wartungs- und der Einbauaufwand für die Eingriffselemente reduziert werden können.
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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, elektromechanisch wirkende Linearaktuatoren durch eine elektromagnetisch wirkende Anordnung zu ersetzen und dadurch den für die elektromechanische Linearaktuatoren anfallenden Wartungs- und den Einbauaufwand zu reduzieren. Hierzu weist der erfindungsgemäße Ventiltrieb eine Nockenwelle und wenigstens einen Nockenfolger auf, wobei die Nockenwelle wenigstens eine drehfest auf der Nockenwelle angeordnete 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. Der Nockenfolger wird in die erste Position oder in die zweite Position durch wenigstens eine Verstelleinrichtung verstellt, 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. Vorgesehen ist dabei, dass die erste Führung und die zweite Führung an einer Kulissenführung oder jeweils an einer ersten Kulissenführung und an einer zweiten Kulissenführung angeordnet sein können. 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. Erfindungsgemäß weist die Verstelleinrichtung wenigstens eine an dem jeweiligen Eingriffselement festgelegte Magnetanordnung und wenigstens eine mit der Magnetanordnung elektromagnetisch zusammenwirkende Magnetschaltanordnung auf. Durch die elektromagnetische Wirkung der Magnetanordnung und der Magnetschaltanordnung kann das erste Eingriffselement und das zweite Eingriffselement aus der Grundposition in die Schaltposition verstellt werden.
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Die Grundposition und die Schaltposition des jeweiligen Eingriffselements unterscheiden sich dabei in einer zu einer Längsachse des Nockenfolgers radialen Anordnung des jeweiligen Eingriffselements an dem Nockenfolger. Wird beispielsweise das erste Eingriffselement in die Schaltposition verstellt, so verschiebt sich dieses radial an dem Nockenfolger in Richtung der Nockenwelle. Durch diese Verschiebung kann das erste Eingriffselement mit der ersten Führung zusammenwirken, die beispielsweise in Form einer Führungsnut an der Kulissenführung ausgeformt ist. Die Kulissenführung dreht sich zusammen mit der Nockenwelle und das erste Eingriffselement wird beim Zusammenwirken mit der ersten Führung entlang der Nockenwelle geführt. Da das erste Eingriffselement axial an dem Nockenfolger festgelegt ist, verschiebt sich auch der Nockenfolger entlang der Nockenwelle aus der ersten Position in die zweite Position. Sobald der Nockenfolger die zweite Position erreicht hat, wird das Eingriffselement aus der Schaltposition in die Grundposition beispielsweise durch eine Rückstellanordnung in der ersten Führung verstellt. Durch ein Betätigen des zweiten Eingriffselements kann der Nockenfolger auf gleiche Weise aus der zweiten Position in die erste Position verstellt werden.
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Für das Verstellen des jeweiligen Eingriffselements aus der Grundposition in die Schaltposition weist erfindungsgemäß die Verstelleinrichtung die Magnetanordnung und die Magnetschaltanordnung auf. Die Magnetanordnung ist dabei an dem jeweiligen Eingriffselement festgelegt und die Magnetschaltanordnung in dem Ventiltrieb, vorzugsweise an einer Kipphebelachse, angeordnet. Die Magnetanordnung bewegt sich so auf- und abwärts zusammen mit dem Eingriffselement und dem Nockenfolger relativ zu der an der Kipphebelachse festgelegten Magnetschaltanordnung. Durch die elektromagnetische Wechselwirkung kann zwischen der Magnetanordnung und der Magnetschaltanordnung eine Abstoßungskraft aufgebaut werden. Nähert sich nun das jeweilige Eingriffselement mit der an ihm festgelegten Magnetanordnung durch eine Aufwärtsbewegung des Nockenfolgers der entsprechenden Magnetschaltanordnung an, so kann die Aufwärtsbewegung des jeweiligen Eingriffselements durch die aufgebaute Abstoßungskraft verhindert werden. Der Nockenfolger wird jedoch an der Aufwärtsbewegung nicht verhindert und das jeweilige Eingriffselement verschiebt sich radial in dem Nockenfolger aus der Grundposition in die Schaltposition.
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Um die Eingriffselemente zu steuern, wirken die Magnetanordnung und die Magnetschaltanordnung nur beim Verstellen der jeweiligen Eingriffselemente zusammen. Dazu können die Magnetanordnung und die Magnetschaltanordnung beispielsweise jeweils einen Elektromagnet aufweisen. Dabei sind die zusammenwirkenden Elektromagneten so gepolt, dass zwischen denen eine Abstoßungskraft aufgebaut werden kann. Zum Verstellen des jeweiligen Eingriffselements wird dann an die jeweiligen Elektromagnete eine Spannung angelegt und das jeweilige Eingriffselement durch die aufgebaute Abstoßungskraft zwischen der Magnetanordnung und der Magnetschaltanordnung verstellt.
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Die Magnetanordnung und die mit der Magnetanordnung elektromagnetisch zusammenwirkende Magnetschaltanordnung sind im Vergleich zu den herkömmlichen Linearaktuatoren mechanisch robust und leicht ansteuerbar, so dass insgesamt in dem erfindungsgemäßen Ventiltrieb der Wartungs- und der Einbauaufwand für die Eingriffselemente reduziert werden.
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Um den Wartungs- und den Einbauaufwand weiter zu reduzieren, ist vorteilhafterweise vorgesehen, dass die Magnetanordnung wenigstens einen Permanentmagnet und die Magnetschaltanordnung wenigstens eine elektrisch schaltbare Spule aufweist. Der jeweilige Permanentmagnet ist dabei so an dem jeweiligen Eingriffselement angeordnet und die elektrische Spule ist dabei so gepolt, dass zwischen dem jeweiligen Permanentmagnet und der entsprechenden elektrischen Spule bei einer angelegten Spannung eine Abstoßungskraft wirkt. Die Eigenschaften der jeweiligen elektrischen Spule und des jeweiligen Permanentmagnet sind so gewählt, dass die Abstoßungskraft zum Verstellen des jeweiligen Eingriffselements ausreicht. Um die Wechselwirkung der Magnetanordnung und der Magnetschaltanordnung zu verstärken, kann die Magnetanordnung mehrere Permanentmagnete und die Magnetschaltanordnung mehrere elektrische Spulen aufweisen.
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Vorzugsweise ist vorgesehen, dass die elektrische Spule eine Toroidspule ist. Durch die Toroidspule kann eine lokale Wechselwirkung mit dem jeweiligen Permanentmagnet erreicht werden und dadurch der negative Einfluss der elektromagnetischen Wechselwirkung auf elektrische Komponenten in dem Ventiltrieb vermieden werden. Um den negativen Einfluss weiter zu reduzieren, kann die Magnetschaltanordnung ein Abschirmgehäuse aufweisen. Das Abschirmgehäuse kann beispielsweise aus einem ferromagnetischen oder metallischen Material hergestellt sein, um durch die Toroidspule aufgebaute elektromagnetische Felder nach außen abzuschirmen.
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Bei einer Weiterbildung der Toroidspule ist vorteilhafterweise vorgesehen, dass der Permanentmagnet zumindest zeitweilig in der Toroidspule angeordnet ist. Auf diese Weise kann die Wechselwirkung zwischen der Toroidspule und dem Permanentmagnet verstärkt werden und das jeweilige Eingriffselement leichter betätigt werden. Bei dieser Ausführung wird auch das Abschirmgehäuse derart ausgestaltet, dass eine Anordnung des jeweiligen Eingriffselements in der Toroidspule zeitweilig möglich ist.
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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;
- 2 eine Ansicht eines Eingriffselements mit einer Magnetanordnung und eine Magnetschaltanordnung;
- 3 eine Ansicht einer Magnetschaltanordnung mit einer Toroidspule.
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1 zeigt schematisch einen erfindungsgemäßen Ventiltrieb 1 mit einer Nockenwelle 2 und mit einem Nockenfolger 3 auf. Auf der Nockenwelle 2 ist eine Nockengruppe 4 mit einem ersten Nocken 4a und mit einem zweiten Nocken 4b drehfest angeordnet. Der Nockenfolger 3 ist in einer ersten Position mit dem ersten Nocken 4a der Nockengruppe 4 und in einer zweiten Position mit dem zweiten Nocken 4b der Nockengruppe 4 durch einen Roller 3a antriebsverbunden. Der Nockenfolger 3 ist in einem Kipphebel 5 axial verschiebbar angeordnet und wird in die erste Position oder in die zweite Position durch eine Verstelleinrichtung 6 verstellt. Die Verstelleinrichtung 6 weist dazu ein erstes verstellbares Eingriffselement 7a und ein zweites verstellbares Eingriffselement 7b auf, wobei das erste Eingriffselement 7a mit einer an der Nockenwelle 2 angeordneten ersten Führung 8a und das zweite Eingriffselement 7b mit einer an der Nockenwelle 2 angeordneten zweiten Führung 8b jeweiliger Kulissenführungen 8 zusammenwirken. Das erste Eingriffselement 7a und das zweite Eingriffselement 7b sind abwechselnd zwischen einer Grundposition und einer Schaltposition verstellbar, wobei in der Grundposition kein Kontakt mit der zugehörigen Führung 8a oder 8b besteht und in der Schaltposition das jeweilige Eingriffselement 7a oder 7b mit der zugehörigen Führung 8a oder 8b zusammenwirkt.
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Die Verstelleinrichtung 6 weist jeweils eine an dem Eingriffselement 7a und 7b festgelegte Magnetanordnung 9a und 9b und jeweils eine mit der Magnetanordnung 9a und 9b elektromagnetisch zusammenwirkende Magnetschaltanordnung 10a und 10b auf. Die jeweilige Magnetanordnung 9a und 9b bewegt sich auf- und abwärts zusammen mit dem jeweiligen Eingriffselement 7a und 7b und dem Nockenfolger 3 relativ zu der jeweiligen beispielsweise an einer Kipphebelachse 11 festgelegten Magnetschaltanordnung 10a und 10b. Durch die elektromagnetische Wechselwirkung kann zwischen der Magnetanordnung 9a oder 9b und der Magnetschaltanordnung 10a und 10b eine Abstoßungskraft aufgebaut werden. Nähert sich das jeweilige Eingriffselement 7a oder 7b mit der an ihm festgelegten Magnetanordnung 9a oder 9b durch eine Aufwärtsbewegung des Nockenfolgers 3 der entsprechenden Magnetschaltanordnung 10a oder 10b an, so kann die Aufwärtsbewegung des jeweiligen Eingriffselements 7a oder 7b durch die aufgebaute Abstoßungskraft verhindert werden. Der Nockenfolger 3 wird jedoch an der Aufwärtsbewegung nicht verhindert und das jeweilige Eingriffselement 7a oder 7b verschiebt sich radial in dem Nockenfolger 3 zu der Nockenwelle 2. Das jeweilige Eingriffselement 7a oder 7b befindet sich nun in der Schaltposition. In der Schaltposition wirkt das jeweilige Eingriffselement 7a oder 7b mit der zugehörigen Führung 8a oder 8b zusammen und der Nockenfolger 3 wird aus der ersten Position in die zweite Position oder umgekehrt entlang der Nockenwelle 2 verstellt.
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2 zeigt schematisch das Eingriffselement 7a in der Grundposition und 3 zeigt das Eingriffselement 7a in der Schaltposition. Die Magnetanordnung 9a weist einen Permanentmagnet 12 und die Magnetschaltanordnung 10b weist in diesem Ausführungsbeispiel eine elektrische Spule 13 auf. Um das erste Eingriffselement 7a zu verstellen, wird an der Magnetschaltanordnung 10a eine Spannung angelegt und zwischen der Magnetanordnung 9a und der Magnetschaltanordnung 10a wirkt eine Abstoßungskraft. Das Eingriffselement 7a wird durch die Abstoßungskraft an der Aufwärtsbewegung mit dem Nockenfolger 3 gehindert und aus der Grundposition (2) in die Schaltposition (3) verstellt. Die Eigenschaften des Permanentmagnets 12 und der elektrischen Spule 13 sind derart angepasst, dass die wirkende Abstoßungskraft zum Verstellen des Eingriffselements 7a ausreicht. Auf gleiche Weise kann auch das Eingriffselement 7b mit der Magnetanordnung 9a und der Magnetschaltanordnung 10b aufgebaut und verstellt werden.
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4 zeigt schematisch die Magnetschaltanordnung 10a mit einer Toroidspule 15. Durch die Toroidspule 15 kann eine lokale Wechselwirkung mit dem Permanentmagnet 12 erreicht werden und dadurch der negative Einfluss der elektromagnetischen Wechselwirkung auf elektrische Komponenten in dem Ventiltrieb 1 weiter reduziert werden. Um den negativen Einfluss der elektromagnetischen Wechselwirkung weiter zu reduzieren, ist die Magnetschaltanordnung 10a in einem Abschirmgehäuse 14 angeordnet. Beim Verstellen des jeweiligen Eingriffselement 7a kann der jeweilige Permanentmagnet 12 zumindest zeitweilig in der Toroidspule 15 angeordnet sein. Auf diese Weise kann die Wechselwirkung zwischen der Toroidspule 15 und dem Permanentmagnet 12 verstärkt werden.
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Insgesamt kann in dem erfindungsgemäßen Ventiltrieb 1 durch die Verstelleinrichtung 6 mit der Magnetanordnung 9a und 9b und mit der Magnetschaltanordnung 10a und 10b der Wartungs- und der Einbauaufwand für die Eingriffselemente 7a und 7b im Vergleich zu den herkömmlichen Linearaktuatoren reduziert werden.
