DE102020208230A1

DE102020208230A1 - Actuator for controlling an actuator for a sliding cam of a valve lift switch and valve drive with sliding cam and at least one such actuator

Info

Publication number: DE102020208230A1
Application number: DE102020208230.8A
Authority: DE
Inventors: Norman Wawrik; Oliver Hörning; Felix Rode
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 2020-07-01
Filing date: 2020-07-01
Publication date: 2022-01-05

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Aktor zur Steuerung mindestens eines Stellgliedes (22, 26) für einen Schiebenocken einer Ventilhubumschaltung mit einem Antriebselement (12), mindestens einem Zwischenglied (36, 40) und einem Stellglied (22, 26), das zumindest Teil eines Abtriebselements (48) ist, wobei das Zwischenglied (36, 40) nach Art eines Kniehebels derart ausgebildet ist, dass das Zwischenglied (36, 40) eine Bewegung des Antriebselements (12) in eine Antriebsrichtung in eine Bewegung des Stellgliedes (22, 26) in eine von der Antriebsrichtung abweichende Abtriebsrichtung überführt.The invention relates to an actuator for controlling at least one actuator (22, 26) for a sliding cam of a valve lift changeover, having a drive element (12), at least one intermediate element (36, 40) and an actuator (22, 26) which is at least part of a driven element ( 48), the intermediate member (36, 40) being designed in the manner of a toggle lever in such a way that the intermediate member (36, 40) converts a movement of the drive element (12) in a drive direction into a movement of the actuator (22, 26) in a driven direction deviating from the driving direction.

Description

Die Erfindung betrifft einen Aktor zur Steuerung eines Stellgliedes für einen Schiebenocken einer Ventilhubumschaltung sowie einen Ventiltrieb mit mindestens einem Schiebenocken und mit mindestens einem solchen Aktor, der mit dem Schiebenocken zusammenwirkt. Ferner wird auf Brennkraftmaschinen mit solchen Aktoren und/oder solchen Ventiltriebvorrichtungen verwiesen, insbesondere auf Hubkolbenbrennkraftmaschinen.The invention relates to an actuator for controlling an actuator for a sliding cam of a valve lift changeover and a valve drive with at least one sliding cam and with at least one such actuator which interacts with the sliding cam. Reference is also made to internal combustion engines with such actuators and / or such valve drive devices, in particular to reciprocating internal combustion engines.

Aus CN 201810428991 A ist ein Aktor zur Steuerung eines Stellgliedes für einen Schiebenocken einer Ventilhubumschaltung bekannt, der es ermöglicht, mit nur einem Hebel zwei verschiedene, als Stellglieder dienende Pins zu steuern. Dabei ist der Hebel als um eine Drehachse verschwenkbarer Hebel ausgebildet, der über eine oberseitige Steuervorrichtung bewegbar ist. Rückstellelemente in Form von Federn sind so mit den Pins gekoppelt, dass diese permanent mit einer Federkraft in Richtung Hebel beaufschlagt sind. Durch diese Anordnung stehen die Pins mit dem Hebel permanent in Kontakt und sind insoweit zwangsgekoppelt mit dem Hebel. Die Zwangskopplung führt dazu, dass ein Stellglied (Pin) zwangsweise ausfährt, wenn das andere Stellglied (Pin) einfährt.Out CN 201810428991 A an actuator for controlling an actuator for a sliding cam of a valve lift switch is known which makes it possible to control two different pins serving as actuators with only one lever. The lever is designed as a lever which can be pivoted about an axis of rotation and which can be moved via an upper-side control device. Resetting elements in the form of springs are coupled to the pins in such a way that a spring force is permanently applied to them in the direction of the lever. As a result of this arrangement, the pins are permanently in contact with the lever and are therefore positively coupled to the lever. The forced coupling means that one actuator (pin) forcibly extends when the other actuator (pin) retracts.

Aus DE 10 2017 123 667 A1 sind mehrstufige Gleitnockensteller für Verbrennungsmotoranordnungen bekannt, die zwei Linearstellglieder für zwei als Stellglieder dienende Stellgliedstifte (Pins) aufweisen, wobei zwischen den beiden Stellgliedstiften ein Stellgliedschaft angeordnet ist. Dabei wird mit dem Stellgliedschaft eine Zwangskopplung derart bewirkt, dass beim Ausfahren eines Stellgliedstiftes der andere, zwangsgekoppelte Stellgliedstift zwangsweise eingefahren wird und umgekehrt.Out DE 10 2017 123 667 A1 Multi-stage sliding cam actuators for internal combustion engine assemblies are known which have two linear actuators for two actuator pins (pins) serving as actuators, an actuator shaft being arranged between the two actuator pins. In this case, a positive coupling is effected with the actuator shaft in such a way that when one actuator pin is extended, the other, positively coupled actuator pin is forcibly retracted and vice versa.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen alternativen Aktor eines Stellgliedes für einen Schiebenocken einer Ventilhubumschaltung sowie einen Ventiltrieb mit mindestens einem solchen Aktor zur Verfügung zu stellen, die konstruktiv einfach aufgebaut und kostengünstig realisierbar sind.The invention is based on the object of providing an alternative actuator of an actuator for a sliding cam of a valve lift changeover, as well as a valve drive with at least one such actuator, which are structurally simple and can be implemented cost-effectively.

Die Lösung der Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß mit den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche. Weitere praktische Ausführungsformen und Vorteile der Erfindung sind in Verbindung mit den abhängigen Ansprüchen beschrieben.The object is achieved according to the invention with the features of the independent claims. Further practical embodiments and advantages of the invention are described in connection with the dependent claims.

Ein erfindungsgemäßer Aktor zur Steuerung mindestens eines Stellgliedes für einen Schiebenocken einer Ventilhubumschaltung umfasst mindestens ein Antriebselement, mindestens ein Zwischenglied und mindestens ein Stellglied, wobei das mindestens eine Stellglied zumindest Teil eines Abtriebselements ist. Dabei ist das Zwischenglied nach Art eines Kniehebels derart ausgebildet, dass es eine Bewegung des Antriebselements in einer Antriebsrichtung in eine Bewegung des Stellgliedes in eine von der Antriebsrichtung abweichende Abtriebsrichtung überführt. Wie im Folgenden noch im Detail erläutert wird, kann durch die Ausbildung des Zwischengliedes nach Art eines Kniehebels auf einfache und kostengünstige Art und Weise ein Aktor eines Stellgliedes für einen Schiebenocken einer Ventilhubumschaltung sowie ein Ventiltrieb mit einem solchen Aktor zur Verfügung gestellt werden. Dabei sind insbesondere solche Ausführungsformen bevorzugt, bei welchen mit nur einem Antriebselement zwei oder mehr Stellglieder betätigbar sind. Alternativ oder in Ergänzung bevorzugt ist es, wenn die Position der Stellglieder in zumindest einem Zustand des Stellgliedes (beispielsweise Pin ausgefahren oder Pin eingefahren) von dem Antriebselement entkoppelt ist. Dies kann insbesondere dadurch ermöglicht werden, dass das Antriebselement nur zum Ausfahren des Stellgliedes oder nur zum Einfahren des Stellgliedes eingesetzt wird, während die jeweils andere Bewegung unabhängig von dem Zwischenglied bewirkt wird. Insbesondere wird auf die Möglichkeit verwiesen, dass mittels des Zwischengliedes eine oder mehrere Stellglieder ausgefahren werden und das Einfahren der Stellglieder durch ein Rückdrücken des Stellgliedes mittels einer in einem Schiebenocken ausgebildeten Umfangsnut erfolgt, deren Umlaufbahn sich während der Rotation in radialer Richtung aufweitet.An actuator according to the invention for controlling at least one actuator for a sliding cam of a valve lift switch comprises at least one drive element, at least one intermediate element and at least one actuator, the at least one actuator being at least part of an output element. The intermediate member is designed in the manner of a toggle lever in such a way that it converts a movement of the drive element in a drive direction into a movement of the actuator in an output direction deviating from the drive direction. As will be explained in detail below, the design of the intermediate member in the manner of a toggle lever makes it possible to provide an actuator of an actuator for a sliding cam of a valve lift switch and a valve drive with such an actuator in a simple and inexpensive manner. Embodiments are particularly preferred in which two or more actuators can be actuated with only one drive element. Alternatively or in addition, it is preferred if the position of the actuators is decoupled from the drive element in at least one state of the actuator (for example pin extended or pin retracted). This can be made possible in particular by the fact that the drive element is used only to extend the actuator or only to retract the actuator, while the other movement in each case is effected independently of the intermediate element. In particular, reference is made to the possibility that one or more actuators are extended by means of the intermediate member and that the actuators are retracted by pushing back the actuator by means of a circumferential groove formed in a sliding cam, the orbit of which widens in the radial direction during rotation.

Insbesondere wird bereits an dieser Stelle auf besonders kostengünstig realisierbare Ausführungsformen erfindungsgemäßer Aktoren verwiesen, bei welchen mittels eines Antriebselementes zwei Stellglieder unabhängig voneinander antreibbar sind. Das Antreiben der jeweiligen Stellglieder erfolgt dabei vorzugsweise mit jeweils einem dem entsprechenden Stellglied zugeordneten Zwischenglied, so dass im Falle von zwei Stellgliedern dann auch zwei Zwischenglieder vorgesehen sind.In particular, reference is already made at this point to embodiments of actuators according to the invention that can be implemented in a particularly cost-effective manner, in which two actuators can be driven independently of one another by means of a drive element. The respective actuators are preferably driven with an intermediate element assigned to the corresponding actuator, so that in the case of two actuators, two intermediate elements are also provided.

In einer praktischen Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Aktors ist das Zwischenglied mindestens um eine Drehachse drehbar gelagert. Dabei ist die Drehachse vorzugsweise auf einer dem Stellglied gegenüberliegenden Seite des Antriebselements angeordnet. Alternativ oder in Ergänzung dazu ist die Drehachse vorzugsweise ortsfest, d. h. die Drehachse bewegt sich beim Verfahren des Antriebselements nicht.In a practical embodiment of an actuator according to the invention, the intermediate member is rotatably mounted at least about one axis of rotation. The axis of rotation is preferably arranged on a side of the drive element opposite the actuator. Alternatively or in addition to this, the axis of rotation is preferably stationary, i. H. the axis of rotation does not move when the drive element is moved.

In einer weiteren praktischen Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Aktors ist als Zwischenglied ein biegeelastisches Element vorgesehen, welches derart angeordnet und ausgebildet ist, dass die Biegeelastizität zur Überführung der Bewegung des Antriebselements in die Bewegung des Stellgliedes genutzt wird. Diesbezüglich wird insbesondere auf biegeelastische Elemente verwiesen, die an einem Ende mit einer ortsfesten Drehachse gekoppelt sind und an dem anderen Ende mit einem linear geführten Stellglied gekoppelt sind, insbesondere mit einem Stellglied in Form eines Pins. In einer derartigen Anordnung kann als Antriebselement insbesondere ein ebenfalls einfaches, linearbewegliches Element vorgesehen sein, um das biegeelastische Element durch lineares Verfahren des Antriebselementes biegeelastisch zu verformen und so eine Überführung der Bewegung des Antriebselements in die Bewegung des Stellgliedes zu bewirken.In a further practical embodiment of an actuator according to the invention, a flexurally elastic element is provided as an intermediate member, which is arranged and designed in such a way that the flexural elasticity is used to convert the movement of the drive element into the movement of the actuator. In this regard, esp In particular, reference is made to flexurally elastic elements which are coupled at one end to a stationary axis of rotation and at the other end are coupled to a linearly guided actuator, in particular to an actuator in the form of a pin. In such an arrangement, a likewise simple, linearly movable element can in particular be provided as the drive element in order to deform the flexurally elastic element by linearly moving the drive element and thus to convert the movement of the drive element into the movement of the actuator.

Besondere Vorteile können erzielt werden, wenn das biegeelastische Element derart angeordnet und ausgebildet ist, dass die Biegeelastizität bei der bestimmungsgemäßen Verwendung genutzt wird, um eine während des Biegens auftretende Rückstellkraft zu nutzen, um eine Rückbewegung eines Elements des Aktors einzuleiten oder vollständig anzutreiben. Auf diesen Aspekt wird später noch einmal eingegangen.Particular advantages can be achieved if the flexurally elastic element is arranged and designed in such a way that the flexural elasticity is used in the intended use to use a restoring force occurring during bending to initiate a return movement of an element of the actuator or to drive it completely. This aspect will be discussed again later.

Als biegeelastisches Element hat sich insbesondere ein federelastischer Bügel erwiesen, der in einem unbeaufschlagten Zustand eine bogenförmige Krümmung aufweist und derart mit dem Antriebselement gekoppelt ist, dass der Bügel durch Verfahren des Antriebselements in einer Aktivstellung in einen beaufschlagten Zustand mit einer geringeren Krümmung bringbar ist. Eine umgekehrte Anordnung, bei welcher durch Verfahren des Antriebselements in eine Aktivstellung die Krümmung des federelastischen Bügels oder sonstigen biegeelastischen Elements verstärkt wird, ist ebenfalls möglich.In particular, a resilient bracket has proven to be a flexible element which has an arcuate curvature in an unloaded state and is coupled to the drive element in such a way that the bracket can be brought into an acted state with a smaller curvature by moving the drive element in an active position. A reverse arrangement, in which the curvature of the resilient bracket or other flexible element is increased by moving the drive element into an active position, is also possible.

Hinsichtlich der Gestaltung eines Zwischengliedes in Form eines federelastischen Bügels wird insbesondere auf Bügel verwiesen, welche einen Längsschlitz aufweisen, durch welchen ein Antriebselement derart geführt ist, dass über den Längsschlitz eine Kraft zur biegeelastischen Verformung des Bügels aufbringbar ist, wobei der Schlitz eine Relativbewegung des biegeelastischen Elements ermöglicht.With regard to the design of an intermediate member in the form of a resilient bracket, reference is made in particular to brackets which have a longitudinal slot through which a drive element is guided in such a way that a force for flexurally elastic deformation of the bracket can be applied via the longitudinal slot, the slot causing a relative movement of the flexurally elastic Elements enables.

In einer weiteren praktischen Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Aktors ist das Antriebselement eine Spule mit mindestens einem Anker. In diesem Fall kann durch Bestromung der Spule der Anker abhängig von der Spannungsrichtung (positive oder negative Spannung) in zwei verschiedene Richtungen aus einer mittleren Neutralstellung ausgelenkt werden. Die beiden Auslenkungsrichtungen können dazu genutzt werden, mit Hilfe des einen Antriebselements zwei unterschiedliche Stellglieder anzutreiben, so dass mit nur einer Spule zwei unterschiedliche Stellglieder antreibbar sind, insbesondere Stellglieder in Form von Pins.In a further practical embodiment of an actuator according to the invention, the drive element is a coil with at least one armature. In this case, by energizing the coil, the armature can be deflected from a central neutral position in two different directions, depending on the direction of voltage (positive or negative voltage). The two deflection directions can be used to drive two different actuators with the aid of the one drive element, so that two different actuators can be driven with only one coil, in particular actuators in the form of pins.

Insbesondere in Verbindung mit Antriebselementen in Form von Spulen mit einem entsprechenden durch die Spule geführten Anker wird darauf verwiesen, dass mit dem Antriebselement zwei Mitnehmer angeordnet sein können, wobei jeder Mitnehmer mit einem zugeordneten Zwischenglied zusammenwirkend angeordnet ist und wobei jedes Zwischenglied mit einem zugeordneten Stellglied zusammenwirkend angeordnet ist. Beispielsweise können als Mitnehmer fest mit dem Anker verbundene Elemente vorgesehen sein, die außenseitig jeweils einen radial auskragenden Kopfbereich aufweisen, um beim Einfahren oder Ausfahren mit einem geeignet gestalteten Zwischenglied zusammenzuwirken. Auch in diesem Zusammenhang wird auf Zwischenglieder in Form von federelastischen Bügeln verwiesen. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform sind die Mitnehmer die Bügel durch einen Längsschlitz durchragend angeordnet, so dass durch Einfahren des entsprechenden Antriebselements das Zwischenglied mit einer Kraft beaufschlagbar ist, welche eine biegeelastische Verformung des Zwischengliedes hervorruft. Besonders bevorzugt sind Ausführungsformen, bei welchen ein Anker mit zwei verschiedenen Mitnehmern gekoppelt ist, wobei jeder Mitnehmer mit einem separaten Zwischenglied zusammenwirkt und jedes Zwischenglied mit einem Stellglied in Form eines Pins gekoppelt ist.In particular in connection with drive elements in the form of coils with a corresponding armature guided through the coil, reference is made to the fact that two drivers can be arranged with the drive element, each driver being arranged interacting with an associated intermediate element and each intermediate element cooperating with an associated actuator is arranged. For example, elements firmly connected to the armature can be provided as drivers, which on the outside each have a radially protruding head region in order to interact with a suitably designed intermediate member during retraction or extension. In this context, too, reference is made to intermediate links in the form of resilient brackets. In a particularly preferred embodiment, the drivers are arranged protruding through the bracket through a longitudinal slot so that a force can be applied to the intermediate member by retracting the corresponding drive element, which force causes a flexurally elastic deformation of the intermediate member. Embodiments are particularly preferred in which an armature is coupled to two different drivers, each driver interacting with a separate intermediate member and each intermediate member being coupled to an actuator in the form of a pin.

Wenn es gewünscht ist, das Antriebselement in mindestens einer Raststellung temporär zu fixieren, kann dies auf besonders einfache Art und Weise dadurch erfolgen, dass das Antriebselement mindestens eine Anordnung mit einem Rastelement und einer damit zusammenwirkenden Rastkontur aufweist. In diesem Zusammenhang wird insbesondere auf die Anordnung einer Rastkugel, insbesondere einer federbeaufschlagten Rastkugel mit einer in dem Antriebselement angeordneten Vertiefung verwiesen. Die Anordnung kann auch umgekehrt dadurch erfolgen, dass das Rastelement in Form einer Rastkugel in dem Antriebselement angeordnet ist und eine mit der Rastkugel zusammenwirkende Rastkontur in dem das Antriebselement umgebenden Bereich angeordnet ist. Diesbezüglich wird insbesondere auf eine Anordnung aus einem Rastelement und einer damit zusammenwirkenden Rastkontur verwiesen, die an einem Anker und einer den Anker umgebenden Spule realisiert ist.If it is desired to temporarily fix the drive element in at least one latching position, this can be done in a particularly simple manner in that the drive element has at least one arrangement with a latching element and a latching contour that interacts with it. In this context, reference is made in particular to the arrangement of a locking ball, in particular a spring-loaded locking ball with a recess arranged in the drive element. The arrangement can also be reversed in that the latching element is arranged in the form of a latching ball in the drive element and a latching contour that interacts with the latching ball is arranged in the area surrounding the drive element. In this regard, reference is made in particular to an arrangement made up of a latching element and a latching contour interacting therewith, which is implemented on an armature and a coil surrounding the armature.

In einer weiteren praktischen Ausführungsform, die vorzugsweise alternativ zu der vorstehend bereits erläuterten Gestaltung mit einem Zwischenglied in Form eines biegeelastischen Elements realisierbar ist, ist als Zwischenglied mindestens ein („echter“) Kniehebel mit einem drehbar und ortsfest ausgebildeten ersten Schenkel und einem drehbar und beweglich ausgebildeten zweiten Schenkel vorgesehen, wobei der zweite Schenkel funktional mit dem Stellglied verbunden ist. In diesem Zusammenhang ist es besonders bevorzugt, wenn der erste Schenkel und der zweite Schenkel unabhängig von der Stellung des Antriebselements maximal in einem Winkel von 120° zueinander angeordnet sind. Weiter bevorzugt ist der Winkel maximal 110° oder maximal 100°. Diese Werte gelten insbesondere für Ausführungsformen, bei welchen der erste Schenkel und der zweite Schenkel gleich lang sind. Die Ausführungsformen haben den Vorteil, dass der Verfahrweg des Antriebselements kleiner ist als der Verfahrweg des Abtriebselements, so dass sich das Abtriebselement schneller bewegt als das Antriebselement. In Bezug auf ein Antriebselement in Form eines Ankers und ein Abtriebselement in Form eines Pins bedeutet dies, dass ein Verfahren des Ankers um 1 mm stets eine Bewegung des Pins bewirkt und damit eine Übersetzung von größer als 1 realisiert ist. Unabhängig von der Gestaltung eines Zwischengliedes in Form eines „echten“ Kniehebels oder in Form eines biegeelastischen Elements ist ein Übersetzungsverhältnis von größer als 1 zwischen Antriebselement und Abtriebselement bevorzugt. Vorzugsweise ist die Übersetzung über den gesamten Verfahrbereich größer als 1. Es kann jedoch auch ausreichen, wenn die Gesamtübersetzung größer als 1 ist, wobei in Teilbewegungsabschnitten die Übersetzung kleiner als 1 ist.In a further practical embodiment, which can be implemented with an intermediate member in the form of a flexurally elastic element as an alternative to the design already explained above, the intermediate member is at least one ("real") toggle lever with a rotatable and stationary first leg and one rotatable and movable formed second leg is provided, wherein the second leg is functionally connected to the actuator. In this together It is particularly preferred if the first leg and the second leg are arranged at a maximum angle of 120 ° to one another, regardless of the position of the drive element. More preferably, the angle is a maximum of 110 ° or a maximum of 100 °. These values apply in particular to embodiments in which the first limb and the second limb are of the same length. The embodiments have the advantage that the travel path of the drive element is smaller than the travel path of the output element, so that the output element moves faster than the drive element. With regard to a drive element in the form of an armature and an output element in the form of a pin, this means that moving the armature by 1 mm always causes the pin to move and a gear ratio of greater than 1 is thus achieved. Regardless of the design of an intermediate link in the form of a “real” toggle lever or in the form of a flexurally elastic element, a transmission ratio of greater than 1 between the drive element and the output element is preferred. The ratio is preferably greater than 1 over the entire travel range. However, it can also be sufficient if the total ratio is greater than 1, the ratio being less than 1 in partial movement sections.

Die Erfindung betrifft auch einen Ventiltrieb mit einem wie vorstehend beschriebenen Aktor mit mindestens einem, mit dem Aktor zusammenwirkenden Schiebenocken, wobei der Schiebenocken mindestens eine mit dem Stellglied zusammenwirkende Vertiefung aufweist und wobei der Schiebenocken derart ausgebildet ist, dass durch das Ausfahren des Stellgliedes eine axiale Verschiebung des Schiebenockens bewirkt werden kann. In Bezug auf die Ausbildung des Schiebeknockens wird insbesondere auf Schiebenocken verwiesen, welche eine sich in Umfangsrichtung und in axialer Richtung erstreckende Umfangsnut aufweisen oder mehrere derartige Umfangsnuten, die sich wendelförmig an dem Schiebenocken erstrecken. Diese Umfangsnuten können verschiedene Höhen aufweisen und insbesondere derart gestaltet sein, dass durch Drehen des Schiebenockens aufgrund der geometrischen Gestaltung der Umfangsnut ein ausgefahrener Pin aufgrund der Geometrie der Umfangsnut in dem Schiebenocken wieder in eine eingefahrene Stellung zurückverfahren wird.The invention also relates to a valve drive with an actuator as described above with at least one sliding cam cooperating with the actuator, the sliding cam having at least one recess cooperating with the actuator and the sliding cam being designed such that an axial displacement is caused by the extension of the actuator the sliding cam can be effected. With regard to the design of the sliding cam, reference is made in particular to sliding cams which have a circumferential groove extending in the circumferential direction and in the axial direction, or several such circumferential grooves which extend helically on the sliding cam. These circumferential grooves can have different heights and in particular be designed in such a way that, due to the geometric design of the circumferential groove, an extended pin is moved back into a retracted position due to the geometry of the circumferential groove in the sliding cam by rotating the sliding cam.

In einer bevorzugten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Ventiltriebes sind zwei Stellglieder und/oder zwei mit ein oder zwei Stellgliedern zusammenwirkende Vertiefungen an dem Schiebenocken vorgesehen, wobei der Aktor dazu ausgebildet ist, beide Stellglieder gleichzeitig in eine eingefahrene Position zu verfahren, in welcher die Stellglieder beide nicht mit den an den Schiebenocken ausgebildeten Vertiefungen zusammenwirken. In diesem Fall ist keine Zwangskopplung zwischen dem Antriebselement und den zwei Stellgliedern realisiert, so dass die Stellglieder auch von dem Antriebselement unabhängige Stellungen einnehmen können.In a preferred embodiment of a valve drive according to the invention, two actuators and / or two depressions cooperating with one or two actuators are provided on the sliding cam, the actuator being designed to move both actuators simultaneously into a retracted position in which the actuators are not both cooperate with the recesses formed on the sliding cams. In this case, there is no forced coupling between the drive element and the two actuators, so that the actuators can also assume positions that are independent of the drive element.

Zusammenfassend kann festgehalten werden, dass von der Formulierung „nach Art eines Kniehebels“ im Sinne der Erfindung im Rahmen dieser Offenbarung sowohl die zuletzt beschriebenen „echten“ Kniehebel umfasst sind als auch solche Konstruktionen, welche die gleiche oder eine ähnliche Kinematik aufweisen, wie die beiden gelenkig miteinander verbundenen Einzelelemente eines Kniehebels. Insoweit wird insbesondere auf biegeelastische Elemente verwiesen, die derart für einen Aktor gestaltet und darin angeordnet sind, dass sie zwei gelenkig miteinander verbundene Einzelelemente eines Kniehebels substituieren. Solche biegeelastischen Elemente können über ihre gesamte Länge und somit vollständig biegeelastisch sein oder auch nur über einen Teilbereich ihrer Länge in einem Teilabschnitt biegeelastisch ausgebildet sein, beispielsweise durch konstruktive Auslegung (wie z.B. eine Verjüngung) und/oder durch Ersetzen eines Gelenks durch ein fest verbundenes elastisches Element. Unabhängig von der gewählten Konstruktion haben biegeelastische Elemente den Vorteil, dass mit diesen üblicherweise ohne zusätzliche Rückstellelemente (wie z.B. Federn etc.) eine Rückstellkraft erzeugt wird. Eine solche Rückstellkraft eines biegeelastischen Elements kann in Verbindung mit einem erfindungsgemäßen Aktor dazu genutzt werden, dass das biegeelastische Element, insbesondere nach dem Lösen einer Antriebskraft (z.B. Beenden einer Bestromung des Antriebselements) oder Haltekraft (Lösen einer aktivierten Rastverbindung), eine Rückbewegung des Stellgliedes und/oder des Antriebselements in eine Grundstellung (z.B. eingefahrener Pin oder Mittelstellung des Antriebselements) initiieren oder vollständig bewirken kann.In summary, it can be stated that the phrase “in the manner of a toggle lever” within the meaning of the invention in the context of this disclosure includes both the “real” toggle levers described last and those constructions which have the same or similar kinematics as the two articulated interconnected individual elements of a toggle lever. In this regard, reference is made in particular to flexurally elastic elements which are designed and arranged therein for an actuator in such a way that they substitute for two individual elements of a toggle lever which are connected to one another in an articulated manner. Such flexurally elastic elements can be flexurally elastic over their entire length and thus completely flexurally elastic or also be flexurally elastic over only a part of their length in a partial section, for example through structural design (such as a taper) and / or by replacing a joint with a firmly connected elastic Element. Regardless of the construction chosen, flexible elements have the advantage that they usually generate a restoring force without additional restoring elements (such as springs etc.). Such a restoring force of a flexurally elastic element can be used in conjunction with an actuator according to the invention to ensure that the flexurally elastic element, in particular after releasing a drive force (e.g. termination of an energization of the drive element) or holding force (releasing an activated latching connection), a return movement of the actuator and / or can initiate or completely effect the drive element in a basic position (eg retracted pin or middle position of the drive element).

Weitere praktische Ausführungsformen der Erfindung sind nachfolgend im Zusammenhang mit den Zeichnungen beschrieben. Es zeigen:

1 einen erfindungsgemäßen Aktor mit biegeelastischen Zwischengliedern in einer isometrischen Darstellung von schräg oben und in einer verdrehten Lage mit Blick auf das obere Ende eines Stellgliedes,
2 den Aktor aus 1 mit einer entfernten Trägerplatte in einer isometrischen Ansicht von schräg oben,
3 den Aktor aus den 1 und 2 mit einer entfernten Seitenplatte in einer Seitenansicht,
4 den in 3 mit IV gekennzeichneten Bereich des Antriebselementes in einer Schnittdarstellung und
5 eine schematische Darstellung nur der Kinematik eines Kniehebels für eine alternative Ausführungsform eines Aktors mit einem Zwischenglied in Form eines Kniehebels.

Further practical embodiments of the invention are described below in connection with the drawings. Show it:

1 an actuator according to the invention with flexible intermediate members in an isometric view obliquely from above and in a twisted position with a view of the upper end of an actuator,
2 the actuator 1 with a removed carrier plate in an isometric view obliquely from above,
3 the actuator from the 1 and 2 with a removed side plate in a side view,
4th the in 3 with IV marked area of the drive element in a sectional view and
5 a schematic representation of only the kinematics of a toggle lever for an alternative embodiment of an actuator with an intermediate member in the form of a toggle lever.

In den 1 bis 3 ist ein erfindungsgemäßer Aktor 10 in verschiedenen Ansichten gezeigt. In der gezeigten Ausführungsform dient der Aktor 10 der Steuerung eines ersten Stellgliedes 22 in Form eines Pins 24 und eines zweiten Stellgliedes 26 in Form eines Pins 28 für einen nicht dargestellten Schiebenocken einer Ventilhubumschaltung einer ebenfalls nicht dargestellten Brennkraftmaschine, insbesondere einer Hubkolbenbrennkraftmaschine. Der Aktor 10 weist dazu ein Antriebselement 12 auf, bei welchem es sich im vorliegenden Fall um eine Anordnung aus einem Elektromagnet 14 in Form einer Spule 16 handelt, in welcher zusammenwirkend und schiebebeweglich ein Anker 18 gelagert ist. Der Anker 18 weist an seinen Enden jeweils einen Mitnehmer 20a, 20b auf, wobei der Mitnehmer 20a durch einen ersten Schraubstift 30 und der Mitnehmer 20b durch einen zweiten Schraubstift 32 gebildet ist. Die Schraubstifte 30, 32 sind - hier durch Einschrauben in den Anker 18 - fest mit dem Anker 18 verbunden (vgl. 4).In the 1 until 3 an inventive actuator 10 is shown in different views. In the embodiment shown, the actuator 10 is used to control a first actuator 22 in the form of a pin 24 and a second actuator 26 in the form of a pin 28 for a sliding cam, not shown, of a valve lift switch of an internal combustion engine, also not shown, in particular a reciprocating internal combustion engine. For this purpose, the actuator 10 has a drive element 12 which, in the present case, is an arrangement of an electromagnet 14 in the form of a coil 16 in which an armature 18 is supported in a cooperative and sliding manner. The armature 18 has a driver 20a, 20b at each of its ends, the driver 20a being formed by a first screw pin 30 and the driver 20b by a second screw pin 32. The screw pins 30, 32 are firmly connected to the armature 18 - here by being screwed into the armature 18 (cf. 4th ).

Durch die Bestromung der Spule 16 kann - abhängig von der Stromrichtung, die vom Anlegen einer positiven oder negativen Spannung abhängt - der Anker 18 gemeinsam mit den Mitnehmern 20a, 20b - ausgehend von einer mittleren Stellung - entweder nach rechts oder nach links gemäß dem Doppelpfeil 34 aus der Spule 16 ausgelenkt werden. Es ist auch möglich, den Anker 18 von einer Position ganz rechts in eine Position nach ganz links oder umgekehrt zu verfahren. Die ausgelenkte Position kann durch dauerhafte Bestromung der Spule 16 gehalten werden. Alternativ oder in Ergänzung dazu kann auch ein Rastelement vorgesehen sein, um eine ausgelenkte Position ohne weitere Bestromung halten zu können. Diese Variante ist energiesparender, erfordert jedoch einen weiteren konstruktiven Aufwand.By energizing the coil 16 - depending on the current direction, which depends on the application of a positive or negative voltage - the armature 18 together with the drivers 20a, 20b - starting from a central position - either to the right or to the left according to the double arrow 34 be deflected from the coil 16. It is also possible to move the armature 18 from a position on the far right into a position on the far left or vice versa. The deflected position can be maintained by permanently energizing the coil 16. As an alternative or in addition to this, a latching element can also be provided in order to be able to hold a deflected position without further energization. This variant is more energy-saving, but requires a further design effort.

Als ein mit dem Mitnehmer 20a zusammenwirkendes Zwischenglied 36 ist ein erstes biegeelastisches Element 38 vorgesehen, und als mit dem Mitnehmer 20b zusammenwirkendes Zwischenglied 40 ist ein zweites biegeelastisches Element 42 vorgesehen. Bei den biegeelastischen Elementen 38, 42 handelt es sich jeweils um einen biegeelastischen Bügel, in welchem jeweils ein langgezogener Schlitz 44 ausgebildet ist, welcher mit jeweils einem radial auskragenden Kopfbereich 46 des dazugehörigen Mitnehmers 20a, 20b derart zusammenwirkt, dass beim Einfahren eines Mitnehmers 20a, 20b der jeweilige Kopfbereich 46 des entsprechenden Mitnehmers 20a, 20b eine nach innen in Richtung Spule 16 wirkende Kraft auf den Bügel wirkt, dass der Bügel - wie in den 2 und 3 am Beispiel des Mitnehmers 20b erkennbar - eine gestreckte Lage einnimmt. Dabei wird die Krümmung des entsprechenden Bügels reduziert, und ein mit einem Ende des Bügels funktional verbundener Pin 24, 28 - in dem Beispiel der 2 und 3 der Pin 28 - wird nach unten aus einem Führungselement 50 ausgefahren, wobei das Führungselement 50 in dem Ausführungsbeispiel eine zylindrische Grundform aufweist. Die Anordnung der in dem Führungselement 50 schiebebeweglich gelagerten Stellglieder 22, 26 in Form von Pins 24, 28 wird als Abtriebselement 48 im Sinne der Erfindung angesehen.A first flexurally elastic element 38 is provided as an intermediate member 36 interacting with the driver 20a, and a second flexurally elastic element 42 is provided as the intermediate member 40 interacting with the driver 20b. The flexurally elastic elements 38, 42 are each a flexurally elastic bracket, in each of which an elongated slot 44 is formed, which cooperates with a radially projecting head region 46 of the associated driver 20a, 20b in such a way that when a driver 20a, 20b, the respective head region 46 of the corresponding driver 20a, 20b, a force acting inwardly in the direction of the coil 16 acts on the bracket, so that the bracket - as in FIGS 2 and 3 recognizable by the example of the driver 20b - assumes a stretched position. The curvature of the corresponding bracket is reduced, and a pin 24, 28 functionally connected to one end of the bracket - in the example of FIG 2 and 3 the pin 28 is extended downward from a guide element 50, the guide element 50 having a cylindrical basic shape in the exemplary embodiment. The arrangement of the actuators 22, 26, which are slidably mounted in the guide element 50, in the form of pins 24, 28 is viewed as an output element 48 within the meaning of the invention.

Die Pins 24, 28 sind dazu schiebebeweglich in dem Führungselement 50 gelagert. Das Führungselement 50 ist fest verbunden oder einstückig ausgebildet mit einer Befestigungsstruktur 52. Die Befestigungsstruktur 52 weist in dem gezeigten Ausführungsbeispiel zwei Durchgangsöffnungen 54, 56 auf.For this purpose, the pins 24, 28 are mounted in the guide element 50 such that they can slide. The guide element 50 is firmly connected or formed in one piece with a fastening structure 52. In the exemplary embodiment shown, the fastening structure 52 has two through openings 54, 56.

Wie in den 2 und 3 gut erkennbar ist, weisen die Pins 24, 28 jeweils einen radial auskragenden Kopfbereich 58 auf, der bei einem vollständig ausgefahrenen Pin 24, 28 - wie am Beispiel des Pins 28 in den 2 und 3 gezeigt - als Anschlagelement gegenüber dem Führungselement 50 dient und damit den maximalen Ausfahrweg des jeweiligen Pins 24, 28 nach unten vorgibt.As in the 2 and 3 As can be clearly seen, the pins 24, 28 each have a radially protruding head region 58 which, when the pin 24, 28 is fully extended - as in the example of the pin 28 in FIG 2 and 3 - serves as a stop element with respect to the guide element 50 and thus specifies the maximum downward extension path of the respective pins 24, 28.

Zur Verbindung der Zwischenglieder 36, 40 mit den korrespondierenden Pins 24, 28 sind diese an einem Ende gabelartig mit zwei Zinken ausgebildet, die jeweils mit einer in dem Kopfbereich 58 ausgebildeten Vertiefung 60 zusammenwirken. In der gezeigten Ausführungsform ist die Vertiefung 60 als Umfangsnut ausgebildet. Um ein ungewünschtes Lösen der Enden von der Vertiefung 60 zu vermeiden, sind die Zinken endseitig umgebogen, hier nach oben umgebogen. In order to connect the intermediate links 36, 40 to the corresponding pins 24, 28, they are designed at one end like a fork with two prongs which each interact with a recess 60 formed in the head area 58. In the embodiment shown, the recess 60 is designed as a circumferential groove. In order to avoid an undesired detachment of the ends from the recess 60, the prongs are bent over at the ends, here bent upwards.

Wie in 1 gut zu erkennen ist, ist die Befestigungsstruktur 50 fest mit einer ersten Trägerplatte 62 und einer zweiten Trägerplatte 64 verbunden, wobei die Trägerplatten 62, 64 parallel zueinander angeordnet sind. Im oberen Bereich der Trägerplatten 62, 64 erstrecken sich zwei zylindrische Bolzen 66, 68, welche jeweils als Drehachse für die Zwischenglieder 36, 40 dienen.As in 1 As can be clearly seen, the fastening structure 50 is firmly connected to a first carrier plate 62 and a second carrier plate 64, the carrier plates 62, 64 being arranged parallel to one another. In the upper region of the carrier plates 62, 64, two cylindrical bolts 66, 68 extend, which each serve as an axis of rotation for the intermediate links 36, 40.

Die Zwischenglieder 36, 40 sind biegeelastische Elemente, deren Biegeelastizität als Übertragung einer seitlichen Auslenkbewegung des Antriebselements in eine Abwärtsbewegung des zugehörigen Abtriebselements genutzt wird.The intermediate members 36, 40 are flexurally elastic elements, the flexural elasticity of which is used to transfer a lateral deflection movement of the drive element into a downward movement of the associated output element.

5 zeigt nur die Kinematik eines Zwischengliedes, das in Form eines Kniehebels ausgebildet ist. Ein derartiger Kniehebel 70 kann insbesondere anstelle eines biegeelastischen Elements 38 eingesetzt werden. Der Kniehebel 70 umfasst eine ortsfeste, erste Drehachse 72, welche die gleiche Drehachse wie die Drehachse 66 in den 1 bis 4 sein kann. Ein erster Schenkel 74 des Kniehebels 70 erstreckt sich von der ersten Drehachse 72 zu einer zweiten Drehachse 76, bei welcher es sich um ein ortsbewegliches Drehgelenk 78 handelt. Von dem Drehgelenk 78 erstreckt sich ein zweiter Schenkel 80 zu dem nur schematisch dargestellten ersten Stellglied 22, das linear geführt und sich nur entlang des Pfeils s bewegen kann. 5 shows only the kinematics of an intermediate link which is designed in the form of a toggle lever. Such a toggle lever 70 can in particular be used instead of a flexurally elastic element 38. The toggle lever 70 comprises a stationary, first axis of rotation 72, which has the same axis of rotation as the axis of rotation 66 in FIG 1 until 4th can be. A first leg 74 of the toggle lever 70 extends from the first axis of rotation 72 to a second axis of rotation 76, which is a movable swivel joint 78. A second leg 80 extends from the swivel joint 78 to the first actuator 22, which is shown only schematically and which is linearly guided and can only move along the arrow s.

Über ein in 5 nicht dargestelltes Antriebselement, bei welchem es sich insbesondere um einen wie in den 1 bis 4 gezeigten Mitnehmer 20a handeln kann, kann durch eine geeignete Kopplung mit dem Drehgelenk 78 oder einem der Schenkel 74, 80 eine Bewegung Richtung des Pfeils a nach innen bewirkt werden, um dadurch das Stellglied 22 nach unten gemäß dem Pfeil u zu verfahren. Bevorzugt ist der Kniehebel 70 derart ausgelegt, dass der Winkel x zwischen dem ersten Schenkel 74 und dem zweiten Schenkel 80 stets maximal 120° beträgt. In diesem Fall ist die erforderliche Bewegung des nicht dargestellten Antriebselements stets kleiner als die resultierende Bewegung des Stellgliedes 22. Die Übersetzung ist damit stets größer als 1. Daraus resultiert ein schnelles Verfahren des Stellgliedes 22, wodurch die Schaltzeiten für Stellglieder 22, insbesondere in Form von Pins, klein gehalten werden können.Via an in 5 Drive element not shown, which is in particular one as in the 1 until 4th can act, a suitable coupling with the swivel joint 78 or one of the legs 74, 80 causes an inward movement in the direction of the arrow a, thereby moving the actuator 22 downward according to the arrow u. The toggle lever 70 is preferably designed in such a way that the angle x between the first leg 74 and the second leg 80 is always a maximum of 120 °. In this case, the required movement of the drive element, not shown, is always smaller than the resulting movement of the actuator 22. The translation is therefore always greater than 1. This results in a fast movement of the actuator 22, which reduces the switching times for actuators 22, in particular in the form of Pins, can be kept small.

Das Rückverfahren des Stellgliedes 22 kann in der gleichen Art und Weise wie oben beschrieben durch die geometrische Gestaltung einer Umfangsnut in einem Schiebenocken erfolgen. Alternativ können auch andere Maßnahmen vorgesehen sein, um im Falle einer endenden Bestromung unmittelbar oder auf einen Steuerbefehl hin ein Rückverfahren des Stellgliedes 22 zu bewirken.The return movement of the actuator 22 can take place in the same way as described above by the geometric design of a circumferential groove in a sliding cam. Alternatively, other measures can also be provided in order to bring about a reverse movement of the actuator 22, either directly or in response to a control command, in the event that the current flow has ended.

Die in der vorliegenden Beschreibung, in den Zeichnungen sowie in den Ansprüchen offenbarten Merkmale der Erfindung können sowohl einzeln als auch in beliebigen Kombinationen für die Verwirklichung der Erfindung in ihren verschiedenen Ausführungsformen wesentlich sein. Die Erfindung kann im Rahmen der Ansprüche und unter Berücksichtigung der Kenntnisse des zuständigen Fachmanns variiert werden.The features of the invention disclosed in the present description, in the drawings and in the claims can be essential both individually and in any combination for the implementation of the invention in its various embodiments. The invention can be varied within the scope of the claims and taking into account the knowledge of the competent person skilled in the art.

Insbesondere wird darauf verwiesen, dass zwei oder mehr Kniehebel 70 - wie in Verbindung mit 5 beschrieben - vorgesehen sein können, die in gleicher Art und Weise jeweils mit einem Stellglied 22, 26 gekoppelt sind wie die biegeelastischen Elemente 38, 42 in den 1 bis 4.In particular, reference is made to the fact that two or more toggle levers 70 - as in connection with 5 described - can be provided, which are each coupled to an actuator 22, 26 in the same way as the flexurally elastic elements 38, 42 in the 1 until 4th .

BezugszeichenlisteList of reference symbols

1010: AktorActuator
1212th: AntriebselementDrive element
1414th: ElektromagnetElectromagnet
1616: SpuleKitchen sink
1818th: Ankeranchor
20a, 20b20a, 20b: MitnehmerCarrier
2222nd: erstes Stellgliedfirst actuator
2424: PinPin code
2626th: zweites Stellgliedsecond actuator
2828: PinPin code
3030th: erster Schraubstiftfirst screw pin
3232: zweiter Schraubstiftsecond screw pin
3434: DoppelpfeilDouble arrow
3636: ZwischengliedIntermediate link
3838: biegeelastisches ElementFlexibly elastic element
4040: ZwischengliedIntermediate link
4242: biegeelastisches ElementFlexibly elastic element
4444: Schlitzslot
4646: KopfbereichHead area
4848: AbtriebselementOutput element
5050: BefestigungsstrukturFastening structure
5252: FührungsrohrGuide tube
5454: Öffnungopening
5656: Öffnungopening
5858: KopfbereichHead area
6060: Vertiefungdeepening
6262: erste Trägerplattefirst carrier plate
6464: zweite Trägerplattesecond carrier plate
6666: zylindrischer Bolzencylindrical bolt
6868: zylindrischer Bolzencylindrical bolt
7070: KniehebelKnee lever

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturPatent literature cited

CN 201810428991 A [0002]
DE 102017123667 A1 [0003]

Claims

Actuator for controlling at least one actuator (22, 26) for a sliding cam of a valve lift switch with a drive element (12), at least one intermediate element (36, 40) and an actuator (22, 26) which is at least part of an output element (48), characterized in that the intermediate member (36, 40) is designed in the manner of a toggle lever such that the intermediate member (36, 40) causes a movement of the drive element (12) in a drive direction in a movement of the actuator (22, 26) in one of the drive direction different output direction transferred.

Actuator according to the preceding claim, characterized in that the intermediate member (36, 40) is mounted rotatably about at least one axis of rotation.

Actuator according to one of the preceding claims, characterized in that a flexurally elastic element (38, 42) is provided as the intermediate member (36, 40) which is arranged and designed in such a way that the flexural elasticity for converting the movement of the drive element (12) into the Movement of the actuator (22, 26) is used.

Actuator according to the preceding claim, characterized in that the intermediate member (36, 40) is a resilient bracket which, in an unloaded state, has an arcuate curvature and is coupled to the drive element (12) in such a way that the bracket is moved by moving the drive element ( 12) can be brought into an active position in an acted upon state with a smaller curvature.

Actuator according to one of the preceding claims, characterized in that the drive element (12) is a coil (16) with at least one armature (18).

Actuator according to one of the preceding claims, characterized in that two drivers (20a, 20b) are driven with the drive element (12), each driver (20a, 20b) being arranged interacting with an associated intermediate member (36, 40) and wherein each intermediate member (36, 40) is arranged interacting with an associated actuator (22, 26).

Actuator according to one of the preceding claims, characterized in that the drive element (12) has at least one arrangement with a latching element and a latching contour interacting therewith in order to be able to temporarily fix the drive element (12) in at least one latching position.

Actuator according to one of the preceding claims, characterized in that at least one toggle lever (70) with a rotatable and stationary first leg and a rotatable and movable second leg is provided as the intermediate member (36, 40), the second leg being functional with the Actuator (22, 26) is connected.

Valve drive with at least one actuator for controlling at least one actuator (22, 26) for a sliding cam of a valve lift switch with a drive element (12), at least one intermediate element (36, 40) and an actuator (22, 26), which is at least part of an output element ( 12), the intermediate member (36, 40) being designed in the manner of a toggle lever (70) in such a way that there is a movement of the drive element (12) in one drive direction and a movement of the actuator (22, 26) in one of the drive direction to transfer different output direction, and with at least one, with the actuator (10) interacting sliding cam, wherein the sliding cam has at least one with the actuator (22, 26) interacting recess (60), the sliding cam is designed such that by extending of the actuator (22, 26) an axial displacement of the sliding cam can be effected.

Valve drive according to the preceding claim, characterized in that two actuators (22, 26) and / or two recesses (60) cooperating with one or two actuators (22, 26) are provided on the sliding cam, the actuator (10) being designed for this purpose is to move both actuators (22, 26) simultaneously into a retracted position in which the actuators (22, 26) both do not interact with the recesses (60) formed on the sliding cam.