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Gebiet der Erfindung
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Die Erfindung betrifft einen Aktuator, bestehend aus mindestens einen Elektromagneten und aus mindestens einem von diesem betätigbaren Druckstift, wobei der Elektromagnet in einem Magnetgehäuse, das von einer Bodenplatte verschließbar ist, angeordnet ist, und in dem mindestens eine Ringspule ortsfest angeordnet ist, wobei in deren Zentrum je ein beweglicher Anker vorgesehen ist, der über je einen Stößel und je einen einseitig im Magnetgehäuse über einen Rahmen schwenkbar gelagerten Hebel den mindestens einen in einem zylindrischen Gehäuse geführten Druckstift betätigt, und wobei das Gehäuse an der Bodenplatte des Magnetgehäuses angeordnet ist
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Stand der Technik
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Aus der gattungsbildenden
DE 10 2013 210 871 A1 ist ein Aktuator bekannt, der aus einem Elektromagneten und einem von diesem betätigten Druckstift besteht und dazu dienen kann, einen schaltbaren Nockenfolger in einem Ventiltrieb einer Brennkraftmaschine direkt oder indirekt über Schubleisten von einer Ruheposition in eine Schaltposition zu schalten. Auch kann dieser Aktuator dazu dienen, bei einem Schiebenockensystem einer Brennkraftmaschine verwendet zu werden.
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Als Nockenfolger von Hubkolbenbrennkraftmaschinen werden in der Regel Kipphebel, Schlepphebel oder Tassen zum Betätigen der Gaswechselventile verwendet, die zumeist von Nocken einer obenliegenden, im Zylinderkopf angeordneten Nockenwelle betätigt werden. Mit einem standardmäßig ausgebildeten Ventiltrieb mit einem einfachen Kipphebel, Schlepphebel oder einer Tasse lässt sich der Hub des damit gesteuerten Ventils nicht beeinflussen.
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Um Kraftstoff zu sparen und die Effizienz der Brennkraftmaschine zu steigern, ist es bereits seit längerem bekannt, schaltbare Nockenfolger oder Schiebenocken einzusetzen. Diese werden bei Brennkraftmaschinen dazu verwendet, den Hub der Gaswechselventile zu beeinflussen. Im einfachsten Fall wird ein sogenannter Nullhub realisiert, d. h. das zugeordnete Gaswechselventil öffnet nicht, obwohl ein Nocken einer sich drehenden Nockenwelle den Nockenfolger betätigt. Auch sind - je nach Ausgestaltung der schaltbaren Nockenfolger und der Nocken der Nockenwelle - Änderungen des Ventilhubes realisierbar.
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Der in der gattungsbildenden
DE 10 2013 210 871 A1 beschriebene Aktuator besteht aus einem Magnetgehäuse, das von einer Bodenplatte verschlossen wird. In diesen Magnetgehäuse sind zwei getrennte ortsfeste Ringspulen eingebaut, die jeweils einen beweglichen Anker in ihrem Zentrum aufweisen. Jeder Anker wirkt mit einem Stößel zusammen, der auf einen einseitig sich auf einem Rahmen abstützenden Hebel einwirkt. Über diesen Hebel wird ein Druckstift verschoben, der dann direkt oder indirekt auf die schaltbaren Nockenfolger oder auf ein Schiebenockensystem einwirkt. Beide Druckstifte sind in einem zylindrischen Gehäuse geführt, das als Drehteil aus Metall hergestellt wird. Dieses wird nach seiner Herstellung in die Bodenplatte eingepresst, wozu die Bodenplatte einen im Tiefziehverfahren hergestellten Flansch aufweisen muss.
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Ein Nachteil dieser Verbindung besteht in ihrer schwierigen Abdichtung. Da es schwierig ist, einen O-Ring als Abdichtung zu montieren, müsste die Verbindung anderweitig, beispielsweise über Kleben, abgedichtet werden. Der Rahmen zur Abstützung der Hebel besteht aus Kunststoff und muss separat an der Bodenplatte montiert werden. Auch muss eine Abdichtung zwischen der Bodenplatte und dem Magnetgehäuse vorgesehen werden, die als weiteres Einzelteil montiert werden muss. Damit wird die bekannte Lösung bau- und zeitaufwändig und damit teuer. Auch ist eine Dichtigkeit über die Lebensdauer nicht gewährleistet.
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Offenbarung der Erfindung
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Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die beschriebenen Nachteile zu vermeiden und einen Aktuator vorzuschlagen, der einfacher für die Montage und Abdichtung aufgebaut ist.
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Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des kennzeichnenden Teils des unabhängigen Patentanspruches 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den von diesem abhängigen Patentansprüchen wiedergegeben, welche jeweils für sich genommen oder in verschiedenen Kombinationen miteinander einen Aspekt der Erfindung darstellen können.
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Danach geht die Erfindung aus von einem Aktuator, der insbesondere zur Steuerung in Ventiltrieben einer Brennkraftmaschine vorgesehen sein soll und aus mindestens einem Elektromagneten und mindestens einem von diesem betätigbaren Druckstift besteht. Der zumindest eine Elektromagnet ist in einem Magnetgehäuse angeordnet, das von einer Bodenplatte verschließbar ist. In dem Magnetgehäuse ist eine Ringspule ortsfest angeordnet, in deren Zentrum ein beweglicher Anker vorgesehen ist. Dieser Anker steht mit einem Stößel in Wirkverbindung. Der Stößel bewegt einen Hebel, der sich einseitig im Magnetgehäuse über einen Rahmen abstützt. Über den Hebel wird der Druckstift bewegt, der in einem zylindrischen Gehäuse, das an der Bodenplatte befestigt ist, geführt ist.
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Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass das zylindrische Gehäuse mit der Bodenplatte als ein Integralbauteil aus einem Kunststoff hergestellt ist.
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Durch die erfindungsgemäße Anordnung entfällt die schwierige Verbindung und Abdichtung des zylindrischen Gehäuses mit der Bodenplatte. Dadurch wird die Montage des Integralbauteils wesentlich vereinfacht. Auch sind die nunmehr ein Integralbauteil bildenden Bauteile aus einem Material gefertigt, nämlich Kunststoff, und besitzen damit die gleichen Materialeigenschaften. Durch eine Fertigung im Spritzgussverfahren kann das Integralbauteil leicht und preiswert hergestellt werden. Da über die Bodenplatte der Aktuator an oder in einen Zylinderkopf einer Brennkraftmaschine befestigt werden muss, können durch einfache Änderungen an dem Integralbauteil auch leicht unterschiedliche Anbausituationen berücksichtigt werden.
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Eine weitere Vereinfach der Montage lässt sich dadurch erreichen, dass auch der Rahmen zur Abstützung des mindestens einen Hebels direkt in das Integralbauteil als weiteres Bauteil integriert wird. Damit sind drei Einzelbauteile zu einem einzigen Bauteil verschmolzen, wodurch die Montage nochmals wesentlich vereinfacht wird.
Eine andere Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass das Magnetgehäuse im Bereich der Bodenplatte einen umlaufenden, nach außen weisenden Flansch besitzt, der von der Bodenplatte überdeckt ist und dass zwischen dem Flansch und dem in der Bodenplatte integrierten Rahmen ein Radialdichtring vorgesehen ist. Damit entfällt ein bisher vorgesehener Axialdichtring, der eine Vorspannung verlangt und aufgrund der Vorspannung zu einem Kriechen des Integralbauteils aus Kunststoff führen kann.
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Der Radialdichtring zwischen der Bodenplatte und dem Magnetgehäuse kann auch entfallen, wenn im Flanschbereich die Verbindung mittels Laserschweißen oder Ultraschallschweißen hergestellt wird, wie eine andere Weiterbildung der Erfindung vorschlägt.
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Die Erfindung ist nicht auf die angegebene Kombination der Merkmale des unabhängigen Patenanspruches 1 und den von diesem abhängigen Patentansprüchen beschränkt. Es ergeben sich darüber hinaus weitere Möglichkeiten, einzelne Merkmale, insbesondere dann, wenn sie sich aus den Patentansprüchen, der nachfolgenden Beschreibung der Ausführungsbeispiele oder unmittelbar aus den Figuren ergeben, miteinander zu kombinieren. Außerdem soll die Bezugnahme der Patentansprüche auf die Figuren durch die Verwendung von Bezugszeichen den Schutzumfang der Patentansprüche auf keinen Fall auf die dargestellten Ausgestaltungsbeispiele beschränken.
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Figurenliste
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Zur weiteren Erläuterung der Erfindung wird auf die Zeichnungen verwiesen, in denen ein Ausführungsbeispiel vereinfacht dargestellt ist. Es zeigen:
- 1 eine Seitenansicht einer Nockenwelle einer Vierzylinder-Brennkraftmaschine mit einer Schubleiste und einem Aktuator zur Steuerung der Schubleiste,
- 2 einen Längsschnitt durch den Aktuator nach 1,
- 3 den in 2 gezeigten Längsschnitt, um 90° gedreht,
- 4 eine Draufsicht auf die Bodenplatte des Aktuators nach 2 und 3.
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Ausführliche Beschreibung der Zeichnung
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In 1 ist eine Seitenansicht einer Nockenwelle 1 mit acht Nocken 2 eines sonst nicht näher dargestellten Zylinderkopfes einer Vierzylinder Brennkraftmaschine dargestellt. Unterhalb eines jeden Nockens 2 befinden sich schaltbare Schlepphebel 3, über die jeweils ein Gaswechselventil 4 betätigt werden kann. In 1 sind für jeden Zylinder zwei funktionsgleiche Gaswechselventile gezeigt. Die übrigen Gaswechselventile eines jeden Zylinders sind nicht sichtbar.
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Parallel zur Nockenwelle verläuft eine Schubleiste
5, von der aus Verbindungselemente
6 zu schaltbaren Schlepphebeln
3 verlaufen. Die Schubleiste
5 ist längsverschiebbar gelagert und wird von einem Aktuator
6 verschoben. Dieser Aktuator
6 ist außerhalb des Zylinderkopfes an ihm befestigt. Da die vorliegende Erfindung sich mit Details des Aktuators
6 beschäftigt, wird auf den genauen Aufbau der gezeigten Ventilsteuerung nicht näher eingegangen. Beispielhaft wird hierzu auf die
DE 10 2017 101 792 B4 verwiesen.
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In den folgenden Figuren wird nunmehr der Aktuator 6 näher dargestellt und erläutert.
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2 zeigt einen Längsschnitt durch den Aktuator 6. Er weist ein topfförmiges Magnetgehäuse 7 mit einem umlaufenden, abstehenden Flansch 7.1 auf, das in diesem Beispiel zwei getrennte Ringspulen 8.1 und 9.1 als Teil zweier Elektromagnete 8 und 9 beherbergt. Im Zentrum einer jeden Ringspule 8.1, 9.1 ist ein beweglicher Anker 10, 11 vorgesehen, der jeweils von einer Druckfeder 12 und 13 in seine Ruheposition gedrückt wird, die durch Aufliegen auf einem gehäusefesten Anschlag 14 gebildet ist.
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Fest verbunden mit jedem Anker 10 und 11 ist jeweils ein Stößel 15 und 16. Das freie Ende der Stößel 15 und 16 liegt etwa mittig auf einem Hebel 17, 18 auf. Jeder Hebel 17, 18 stützt sich mit einem Ende auf einem umlaufenden Rahmen 19 und mit seinem anderen Ende auf jeweils einem Druckstift 20, 21 ab. Über die Druckstifte 20 und 21 wird jeweils eine Schubleiste 5 bewegt oder eine einzige Schubleiste 5 hin und her bewegt. Geführt werden die Druckstifte 20 und 21 in einem gemeinsamen zylindrischen Gehäuse 22.
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Die Hebel 17, 18 sind aus einem Blechteil durch ein Stanz-Biege-Verfahren hergestellt. Hierbei weist das an dem Rahmen 19 aufliegende Ende der Hebel eine muldenförmige Vertiefung auf. Das mit dem Druckstift in Kontakt stehende Ende des Hebels weist eine ballige Vertiefung auf. Dadurch wird ein flächiger Kontakt mit dem freien Ende des Druckstiftes 20, 21 verhindert, wodurch die Reibung minimiert wird. Im Beispiel ist der Abstützpunkt 22 des Stößels 15, 16 etwa mittig auf dem Hebel. Dadurch wird in etwa eine 1:1 Übersetzung des Stößelweges mit dem Druckstiftweg erzielt. Es sind jedoch auch andere Übersetzungsverhältnisse denkbar, wodurch - je nach Übersetzungsverhältnis - eine sehr kompakte Ringspule und damit ein sehr kompakter Elektromagnet erzielt werden kann.
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Verschlossen wird das Magnetgehäuse 7 über eine Bodenplatte 23, die auch als integralen Bestandteil sowohl den Rahmen 19 als auch das zylindrische Gehäuse 22 beinhaltet. Bodenplatte, Rahmen und zylindrisches Gehäuse sind als Integralbauteil aus Kunststoff im Spritzgussverfahren hergestellt. Eine separate Dichtung zwischen ihnen kann somit entfallen.
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Verbunden ist die Bodenplatte 23 mit dem Magnetgehäuse 7 über deren Flansch 7.1. Abgedichtet wird der Innenraum des Magnetgehäuses 7 gegenüber der Umgebung durch einen Radialdichtring 25, der den Fuß des Rahmens 19 umschließt. Hierzu ist in dem Magnetgehäuse eine umlaufende Nut 26 vorgesehen. Diese Nut 26 mit dem Radialdichtring 25 kann auch entfallen, wenn die Bodenplatte 23 mit dem Magnetgehäuse 7 über eine nicht lösbare Verbindung verbunden wird, beispielsweise durch Ultraschall- oder Laserschweißen.
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3 zeigt eine um 90°gedehte Ansicht des Längsschnittes von 2. Hier sieht man zusätzlich noch die beiden Entlüftungskanäle 27 und 28, die sich in dem zylindrischen Gehäuse 24 befinden. Sie verlaufen parallel zu den Längsachsen der Druckstifte. Weiterhin sind die elektrischen Anschlüsse 29 sichtbar, über die die beiden Elektromagnete 8 und 9 angesteuert werden.
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4 zeigt eine Draufsicht auf die Bodenplatte 23. Hier sieht man zum Einen ganz deutlich die Lage der beiden Druckstifte 20 und 21 und der beiden Entlüftungskanäle 27 und 28 im zylindrischen Gehäuse 24. Weiterhin sind die in diesem Beispiel unregelmäßige Kontur der Bodenplatte 23 sowie auch die Lage von Befestigungsbohrungen 30 sichtbar, über die der Aktuator 6 an dem Zylinderkopf angeflanscht wird. Hierbei liegt die Bodenplatte 23 plan auf einer Seitenwand des Zylinderkopfes der Brennkraftmaschine auf. Das zylindrische Gehäuse 24 ragt dann durch eine entsprechende Öffnung in den Zylinderkopf hinein.
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Das vorliegende Ausführungsbeispiel beschreibt zwei Elektromagnete mit zwei Ankern, zwei Stößeln, zwei Hebel und zwei Druckstiften in einem Magnetgehäuse. Es ist jedoch für die Erfindung unerheblich, ob in dem Magnetgehäuse ein, zwei oder mehrere Elektromagnete mit den genannten Bauteilen angeordnet sind. Auch ist es für das Verständnis der Erfindung unerheblich, wie die Elektromagnete angesteuert werden und was im Einzelnen von den Druckstiften bewegt wird.
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Wie in 2 gezeigt, arbeiten die beiden Elektromagnete wechselseitig. Dies ist aber nicht zwingend notwendig. Es hängt in der Regel vielmehr von den zu steuernden Komponenten im Ventiltrieb ab.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Nockenwelle
- 2
- Nocken
- 3
- schaltbarer Schlepphebel
- 4
- Gaswechselventil
- 5
- Schubleiste
- 6
- Aktuator
- 7
- Magnetgehäuse
- 7.1
- Flansch von 7
- 8
- Elektromagnet
- 8.1
- Ringspule
- 9
- Elektromagnet
- 9.1
- Ringspule
- 10
- Anker
- 11
- Anker
- 12
- Druckfeder
- 13
- Druckfeder
- 14
- Anschlag
- 15
- Stößel
- 16
- Stößel
- 17
- Hebel
- 18
- Hebel
- 19
- Rahmen
- 20
- Druckstift
- 21
- Druckstift
- 22
- Abstützpunkt
- 23
- Bodenplatte
- 24
- zylindrisches Gehäuse
- 25
- Radialdichtring
- 26
- Nut
- 27
- Entlüftungsbohrung
- 28
- Entlüftungsbohrung
- 29
- elektrischer Anschluss
- 30
- Befestigungsbohrungen
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102013210871 A1 [0002, 0005]
- DE 102017101792 B4 [0017]
