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Die vorliegende Erfindung betrifft einen Ventiltrieb einer Brennkraftmaschine mit einer Nockenwelle mit einem ersten Nocken und einem axial benachbart dazu angeordneten zweiten Nocken gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Die Erfindung betrifft außerdem eine Brennkraftmaschine mit einem solchen Ventiltrieb.
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Aus der
DE 10 2019 203 333 A1 ist ein gattungsgemäßer Ventiltrieb einer Brennkraftmaschine bekannt, der auf einer Nockenwelle zumindest einen ersten sowie zumindest einen axial dazu benachbart angeordneten zweiten Nocken für eine Ventilsteuerung aufweist. In einer Kipphebelbaugruppe ist ein in Axialrichtung zwischen zumindest zwei Stellungen verstellbarer Bolzen gelagert, auf welchem zumindest eine Nockenrolle axial fest und zugleich drehbar gelagert ist. Auf der Nockenwelle selbst ist eine Führungskontur mit einer ersten Führungsspur und einer diese in einem Kreuzungsbereich kreuzenden zweiten Führungsspur angeordnet, wobei ein Verschieben des Bolzens über einen Schaltstift erfolgt, der wahlweise in die erste oder zweite Führungsspur eingreift und dadurch den Bolzen zwischen seinen beiden Stellungen, in welchen die zugehörige Nockenrolle entweder mit dem ersten Nocken oder dem zweiten Nocken zusammenwirkt, verstellt.
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Über die x-Führungskontur lässt sich ein erhebliches Optimierungspotential gegenüber Verstellsystemen mit getrennten Führungsspuren, insbesondere im Hinblick auf einen Bauraum und eine Kostenoptimierung durch eine Reduzierung der Bauteilanzahl, verbunden mit den damit reduzierbaren Lager-, Logistik- und Montagekosten, erreichen. Trotzdem werden derartige x-Führungskonturen in der Praxis oft nicht eingesetzt, da im Kreuzungsbereich der beiden Führungsspuren ein Bereich ohne Führung durch eine jeweils zugehörige Nutflanke besteht und es somit zu einer Kollision mit dem die Führungsspuren trennenden Steg oder einem Einfädeln des Schaltstifts in die falsche Führungsspur kommen kann. Im ersten Fall droht dabei die Beschädigung oder Zerstörung des Schaltstifts, während im zweiten Fall ein Wechsel des Betriebsmodus nicht möglich ist.
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Da der Schaltstift in diesem Fall im Kreuzungsbereich nicht geführt ist, ist neben einer Motordrehzahl (bestimmte Anfangsgeschwindigkeit) die Reibung des zu verstellenden Bolzens ein Haupteinflussfaktor für eine erfolgreiche Verstellung. Bei bekannten variablen Ventiltriebsystemen wird hierzu ein axial verstellbarer Bolzen über federbeaufschlagte Rastelemente, beispielsweise Kugeln, in zugehörigen Rastausnehmungen, beispielsweise Nuten, gehalten, welche formschlüssig die Endlagen definieren und dort den Bolzen halten.
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Nachteilig an dieser Fixierung ist dabei, dass eine erhöhte Reibung während des Schaltvorgangs entsteht, wodurch die Bewegung verlangsamt wird und ein erhöhter Verschleiß entsteht.
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Die vorliegende Erfindung beschäftigt sich daher mit dem Problem, für einen Ventiltrieb der gattungsgemäßen Art eine verbesserte oder zumindest eine alternative Ausführungsform anzugeben, die die aus dem Stand der Technik bekannten Nachteile überwindet.
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Dieses Problem 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, anstelle eines bisher eingesetzten Federkugelsystem zur Arretierung eines Bolzens in jeweils einer ersten und/oder zweiten Endstellung, nun eine entsprechende Fixierung durch magnetische Kräfte zu bewirken, die jedoch nur eine Fixierung des jeweiligen Bolzens mit den axial darauf festgelegten Nockenfolgern in der ersten oder zweiten Endstellung, das heißt der jeweiligen Endstellung, bewirken, zwischen diesen beiden Stellungen jedoch keinerlei Einfluss auf die zur Verschiebung des Bolzens erforderlichen Kräfte haben. Der erfindungsgemäße Ventiltrieb einer Brennkraftmaschine besitzt dabei in bekannter Weise eine Nockenwelle mit einem ersten Nocken und mindestens einem benachbart dazu angeordneten zweiten Nocken. Erfindungsgemäß ist nun ein axial verstellbarer zumindest teilweise ferromagnetischer Bolzen vorgesehen, auf welchem zumindest ein Nockenfolger, beispielsweise eine drehbare Nockenrolle, gelagert ist, der/die in einer ersten Stellung mit dem ersten Nocken und in einer zweiten Stellung mit dem zweiten Nocken zusammenwirkt und dadurch das erste Nockenprofil bzw. das zweite Nockenprofil abgreift. Auf der Nockenwelle selbst ist eine Führungskontur mit einer ersten Führungsspur und einer zweiten Führungsspur vorgesehen, die sich in einem Kreuzungsbereich kreuzen. Die Führungskontur ist deshalb als sogenannte X-Führungskontur ausgebildet. Des Weiteren vorgesehen ist ein Schaltstift, der wahlweise in die erste oder zweite Führungsspur eingreift und dadurch den axial verstellbaren, zumindest teilweise ferromagnetischen Bolzen zwischen seinen beiden Stellungen verstellt. Dieser axial verstellbare und zugleich zumindest teilweise ferromagnetische Bolzen ist zumindest in seiner ersten Stellung von einem Dauermagneten fixiert. Dieser Dauermagnet bewirkt durch das magnetische Anziehen und Fixieren des zumindest teilweise ferromagnetischen Bolzens eine axiale Fixierung des auf dem Bolzen axial festgelegten Nockenfolgers, wobei bei einem Verstellen des Nockenfolgers von seiner ersten Stellung in seine zweite Stellung lediglich zu Anfang die auf den Bolzen einwirkenden magnetischen Kräfte überwunden werden müssen, während bei der weiteren Verstellbewegung diese durch die magnetischen Kräfte nicht mehr oder nur marginal beeinflusst werden. Im Vergleich zu bisher bekannten Federkugelsystemen, bei welcher eine federvorgespannte Kugel in der ersten Stellung in eine entsprechende Rille eingedrückt und beim Verschieben in die zweite Stellung aus dieser Rille heraus und unter Federvorspannung am Bolzen entlang gefahren werden musste, kann mit dem erfindungsgemäß vorgeschlagenen zumindest teilweise ferromagnetischen Bolzen und dem Dauermagneten ein deutlich reibungsärmeres Verstellen des Bolzens, ebenso wie ein verschleißfreies Verstellen des Bolzens erreicht werden. Mit dem zumindest teilweise ferromagnetischen Bolzen und dem damit zusammenwirkenden Dauermagneten kann auf eine Bearbeitung des Bolzens, beispielsweise durch Einbringen von Nuten bzw. Rillen sowie gänzlich auf ein Federkugelsystem verzichtet werden, wodurch der erfindungsgemäße Ventiltrieb zudem kostengünstiger herstellbar ist.
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Durch die reibungsärmere Verstellbarkeit des axial verstellbaren, ferromagnetischen Bolzens (Verschiebebolzens) können auch Schäden bei einem Wechsel der Nockenprofile zuverlässig vermieden werden, da der zumindest teilweise ferromagnetische Bolzen nach Verlassen seiner ersten oder zweiten Stellung, das heißt seiner Endstellung, nahezu reibungsfrei verschoben werden kann, wobei der Schaltstift zum Verstellen durch die jeweilige Führungsspur einen Impuls erhält, der durch die nahezu reibungsfreie Lagerung des Bolzens nicht oder nur marginal abgeschwächt wird, wodurch wiederum eine Kollision am Mittelsteg, das heißt im Kreuzungsbereich, der beiden Führungsspuren, zuverlässig vermieden werden kann. Das kinematische Halten dieses Systems wird somit deutlich verbessert.
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Bei einer vorteilhaften Weiterbildung des erfindungsgemäßen Ventiltriebs ist der Dauermagnet in einer Hülse angeordnet, wobei der axial verstellbare, zumindest teilweise ferromagnetische Bolzen zumindest in seiner ersten Endstellung in die Hülse eingefahren und von dem Dauermagneten angezogen bzw. fixiert ist. Durch den Einbau des Dauermagneten in die Hülse und damit eine abgeschirmte, innenliegende Position des Dauermagneten können insbesondere Spanansammlungen reduziert bzw. sogar gänzlich vermieden werden. Derartige Spanansammlungen an dem Dauermagneten, hervorgerufen durch entsprechenden Abrieb des Ventiltriebs im Betrieb, könnten die Magnetkräfte und damit auch die Haltekräfte negativ beeinflussen.
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Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform des erfindungsgemäßen Ventiltriebs sind auf der Nockenwelle axial benachbart zum ersten und zweiten Nocken ein dritter sowie ein vierter Nocken angeordnet. Weiter vorgesehen ist ein zweiter axial verstellbarer, zumindest teilweise ferromagnetischer Bolzen, auf welchem zumindest ein zweiter Nockenfolger gelagert ist, der in einer ersten Stellung mit dem dritten Nocken und in einer zweiten Stellung mit dem vierten Nocken zusammenwirkt. Auf der Nockenwelle ist dabei eine zweite Führungskontur mit einer dritten Führungsspur und einer vierten Führungsspur angeordnet, die sich in einem Kreuzungsbereich kreuzen. Des Weiteren vorgesehen ist ein zweiter Schaltstift, der wahlweise in die dritte oder vierte Führungsspur eingreift und dadurch den zweiten axial verstellbaren zumindest teilweise ferromagnetischen Bolzen zwischen seinen beiden Stellungen verstellt. Der zweite axial verstellbare zumindest teilweise ferromagnetische Bolzen ist dabei zumindest in seiner ersten Stellung von einem zweiten Dauermagneten angezogen und gehalten/fixiert. In diesem Fall ist es somit möglich, mehrere derartige Dauermagneten bzw. damit zusammenwirkende Verschiebebolzen nebeneinander anzuordnen und dadurch bauraum- und kostenoptimiert mehrere Zylinder zu schalten.
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Dabei ist selbstverständlich klar, dass auf der Nockenwelle axial benachbart zum ersten und zweiten Nocken, das heißt einem ersten Nockenpaket, nicht nur der dritte und vierte Nocken, das heißt das zweite Nockenpaket, sondern auch noch weitere Nocken, das heißt weitere Nockenpakete, angeordnet sein können. In diesem Fall wären dann neben dem ersten und zweiten axial verstellbaren, zumindest teilweise ferromagnetischen Bolzen, noch weitere axial verstellbare, zumindest teilweise ferromagnetische Bolzen vorgesehen, auf denen zumindest ein zugehöriger weiterer Nockenfolger gelagert ist, der in einer ersten Stellung mit dem fünften Nocken, das heißt dem ersten Nocken des weiteren Nockenpakets, und in einer zweiten Stellung mit dem sechsten Nocken, das heißt mit dem zweiten Nocken des weiteren Nockenpakets, zusammenwirkt. Auf der Nockenwelle wäre dann eine weitere Führungskontur mit einer fünften Führungsspur und einer sechsten Führungsspur angeordnet, die sich in einem Kreuzungsbereich kreuzen. Des Weiteren vorgesehen wäre ein weiterer Schaltstift, der wahlweise in die fünfte oder sechste Führungsspur eingreift und dadurch den weiteren axial verstellbaren und zumindest teilweise ferromagnetischen Bolzen zwischen seinen beiden Stellungen verstellt. Der weitere axial verstellbare, zumindest teilweise ferromagnetische Bolzen ist dabei zumindest in seiner ersten Stellung von einem dritten/weiteren Dauermagneten angezogen und gehalten/fixiert.
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Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform des erfindungsgemäßen Ventiltriebs ist der zweite Dauermagnet ebenfalls in der Hülse angeordnet, in der auch der erste Dauermagnet angeordnet ist. Der zweite axial verstellbare zumindest teilweise ferromagnetische Bolzen ist dabei zumindest in seiner ersten Stellung in die Hülse eingefahren und von dem zweiten Dauermagneten gehalten. Hiermit kann der große Vorteil realisiert werden, dass zur Fixierung des ersten Bolzens in seiner ersten Stellung und benachbart dazu des zweiten Bolzens in seiner ersten Stellung lediglich eine Hülse mit zwei Dauermagneten vorgesehen werden muss, wodurch nicht für jeden Bolzen eine extra Hülse vorgesehen werden muss, so dass insgesamt Bauteile und damit auch ein Montageaufwand sowie Kosten eingespart werden können.
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Zweckmäßig weist der Ventiltrieb einen Lagerrahmen auf, wobei die Hülse an diesem Lagerrahmen fixiert ist. Ein Anbringen der Hülse an dem Lagerrahmen ist dabei deutlich einfacher möglich, als der Einbau eines bislang aus dem Stand der Technik bekannten Federkugelsystems, wodurch die Montage des erfindungsgemäßen Ventiltriebs deutlich vereinfacht und damit kostengünstiger möglich ist. Alternativ ist auch denkbar, dass der Ventiltrieb eine Kipphebelachse aufweist und die Hülse an dieser Kipphebelachse fixiert ist. Auch diese Ausführungsform bietet den großen Vorteil, den Ventiltrieb insgesamt einfacher und damit kostengünstiger montieren zu können.
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Zweckmäßig ist der Schaltstift in dem axial verstellbaren zumindest teilweise ferromagnetischen Bolzen angeordnet. Eine dortige Anordnung ermöglicht eine platzsparende und zudem einfache Anordnung, insbesondere auch eine wartungsfreundliche Anordnung, da der Schaltstift im Verschleißfall leicht zugänglich und damit einfach austauschbar ist.
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Die vorliegende Erfindung beruht weiter auf dem allgemeinen Gedanken, eine Brennkraftmaschine, insbesondere einen Wasserstoffverbrennungsmotor, mit einem Ventiltrieb entsprechend den vorherigen Absätzen auszustatten und dadurch die in Bezug auf den Ventiltrieb beschriebenen Vorteile auf die erfindungsgemäße Brennkraftmaschine zu übertragen. Konkret sind dies ein verschleißärmerer Betrieb des Ventiltriebs sowie eine konstruktiv einfachere und damit kostengünstigere Ausbildung desselben im Vergleich zu Federkugelsystemen.
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Weitere wichtige Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, aus der Zeichnung und aus der zugehörigen Figurenbeschreibung anhand der Zeichnung.
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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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Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
- Die einzige 1 zeigt eine Ansicht auf einen erfindungsgemäßen Ventiltrieb.
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Entsprechend der 1, weist ein erfindungsgemäßer Ventiltrieb 1 einer ebenfalls erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine 2, die beispielsweise als Benzin, Diesel oder Wasserstoffverbrennungsmotor ausgebildet ist, eine Nockenwelle 3 mit einem ersten Nocken 4 und mindestens einem benachbart dazu angeordneten zweiten Nocken 5 auf. Weiter vorgesehen ist ein axial verstellbarer zumindest teilweise ferromagnetischer Bolzen 6, wobei sich die axiale Verstellbarkeit auf eine Axialrichtung 7 bezieht. Auf dem zumindest teilweise ferromagnetischen Bolzen 6 ist zumindest ein Nockenfolger 9, beispielsweise eine Nockenrolle, in Axialrichtung 7 fest relativ zum Bolzen 6, jedoch drehbar zu diesem gelagert. Der Nockenfolger 9 bzw. die Nockenfolger 9 wirken in einer ersten Stellung mit dem ersten Nocken 4 bzw. den ersten Nocken 4 und in einer zweiten Stellung mit dem zweiten Nocken 5, das heißt im vorliegenden Fall mit den zweiten Nocken 5 zusammen. Gemäß der 1 ist dabei der Nockenfolger 9 in seiner ersten Stellung gezeigt, in welchem er mit zwei Nockenrollen mit den zugehörigen ersten Nocken 4 zusammenwirkt. Gelagert ist der Bolzen 6 in Lageraugen, beispielsweise eines Kipphebels 8 und innerhalb dieser Lageraugen in Axialrichtung 7 verschieblich.
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Des Weiteren ist auf der Nockenwelle 3 eine Führungskontur 10 mit einer ersten Führungsspur 11 und einer zweiten Führungsspur 12 angeordnet, die sich in einem Kreuzungsbereich 13 kreuzen. An dem Schiebebolzen 6 ist darüber hinaus ein Schaltstift 14 angeordnet, der wahlweise in die erste oder zweite Führungsspur 11, 12 eingreift und dadurch den axial verstellbaren zumindest teilweise ferromagnetischen Bolzen 6 in seine beiden Stellungen verstellt. Gemäß der
1 greift dabei der Schaltstift 14 in die erste Führungsspur 11 ein und der Bolzen 6 ist in seiner ersten Stellung. Erfindungsgemäß ist nun der axial verstellbare und zumindest teilweise ferromagnetische Bolzen 6 zumindest in seiner ersten Stellung von einem Dauermagneten 15 angezogen und/oder fixiert. Eine formschlüssige, federbeaufschlagte Rastverbindung, wie diese beispielsweise aus der
DE 10 2019 203 233 A1 zur Fixierung des Bolzens in seiner jeweiligen Stellung eingesetzt wird, ist somit bei dem erfindungsgemäßen Ventiltrieb 1 nicht mehr erforderlich. Dies bietet den großen Vorteil, dass der Bolzen 6 durch den Dauermagneten 15 zumindest in seiner ersten Stellung zuverlässig fixiert wird, während bei einem Verstellen in die zweite Stellung eine Behinderung des Verschiebevorgangs durch den Dauermagneten 15 nicht erfolgt. Im Vergleich zu einem Federkugelsystem, wie dies aus dem Stand der Technik bekannt ist, kann somit insbesondere ein Verschieben nicht nur reibungsärmer, sondern auch verschleißfrei erfolgen, wodurch der erfindungsgemäße Ventiltrieb 1 längerfristig problemlos betreibbar ist. Durch den Entfall des konstruktiv vergleichsweise aufwendigen und damit auch teuren Federkugelsystems kann der erfindungsgemäße Ventiltrieb 1 zudem kostengünstiger hergestellt werden.
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Betrachtet man die 1 weiter, so kann man erkennen, dass der Dauermagnet 15 in einer Hülse 16 und damit magnetisch abgeschirmt und zugleich geschützt angeordnet ist. Der axial verstellbare, zumindest teilweise ferromagnetische Bolzen 6 ist zumindest in seiner ersten Stellung zumindest teilweise in die Hülse 16 eingefahren und von dem Dauermagneten 15 angezogen und/oder fixiert. Die Hülse 16 bietet somit zugleich eine Führung für den axial verstellbaren Bolzen 6.
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Betrachtet man die linke Seite des Ventiltriebs 1 in 1, so kann man erkennen, dass auf der Nockenwelle 3 axial benachbart zum ersten und zweiten Nocken 4, 5 ein dritter Nocken 17 sowie ein vierte Nocken 18 angeordnet sind. Darüber hinaus vorgesehen ist ein zweiter, axial verstellbarer, zumindest teilweise ferromagnetischer Bolzen 6a, auf welchem zumindest ein zweiter Nockenfolger 9a gelagert ist, der in einer ersten Stellung mit dem dritten Nocken 17 und in einer zweiten Stellung mit dem vierten Nocken 18 zusammenwirkt. Des Weiteren ist auf der Nockenwelle 3 eine zweite Führungskontur 10a mit einer dritten Führungsspur 19 und einer vierten Führungsspur 20 angeordnet, die sich in einem Kreuzungsbereich 13a kreuzen. Des Weiteren vorgesehen ist ein zweiter Schaltstift 14a, der wahlweise in die dritte oder vierte Führungsspur 19, 20 eingreift und dadurch den zweiten axial verstellbaren zumindest teilweise ferromagnetischen Bolzen 6a zwischen seinen beiden Stellungen verstellt. Der zweite axial verstellbare, zumindest teilweise ferromagnetische Bolzen 6a ist dabei zumindest in seiner ersten Stellung von einem zweiten Dauermagneten 15 gehalten und fixiert. Gemäß der 1 befindet sich dabei der zweite Bolzen 6a in seiner zweiten Stellung.
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Der zweite Dauermagnet 15a kann dabei ebenfalls in der Hülse 16 angeordnet sein, wobei der zweite axial verstellbare, ferromagnetische Bolzen 6a zumindest in seiner ersten Stellung in die Hülse 16 eingefahren und von dem zweiten Dauermagneten 15a angezogen bzw. fixiert ist.
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Alternativ zu den zwei Dauermagneten 15, 15a kann selbstverständlich auch lediglich ein einziger Dauermagnet mittig der Hülse 16 angeordnet werden.
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Für beide gezeigten Ausführungsformen gilt, dass der erfindungsgemäße Ventiltrieb 1 eine Kipphebelachse 21 aufweisen kann, wobei die Hülse 16 an dieser Kipphebelachse 21 fixiert werden kann. Alternativ ist auch denkbar, dass der Ventiltrieb 1 einen Lagerrahmen (hinter der Bildebene) aufweist und die Hülse 16 an diesem Lagerrahmen fixiert ist.
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Der Schaltstift 14 quert dabei den zumindest teilweise ferromagnetischen Bolzen 6 und ist dadurch im Wartungsfall einfach und wartungsfreundlich zu erreichen. Gleiches gilt für den zweiten Schaltstift 14a. Bei der gezeigten Ausführungsform entsprechend der 1 ist vorteilhaft, dass zum Schalten zweier Zylinder, das heißt zum Anziehen bzw. Fixieren zweier Bolzen 6a, 6 lediglich eine Hülse 16 mit zwei darin angeordneten Dauermagneten 15, 15a eingesetzt werden muss, wodurch eine nochmals günstigere, da teilereduzierte Ausführungsform erreichbar ist.
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Eingesetzt werden kann der erfindungsgemäße Ventiltrieb 1 in einer Brennkraftmaschine 2, die besonders bevorzugt als Wasserstoffverbrennungsmotor ausgebildet sein kann, wodurch ein umweltfreundlicher und nachhaltiger Betrieb der Brennkraftmaschine 2 erreicht werden kann, insbesondere sofern der zum Betrieb des Wasserstoffverbrennungsmotors eingesetzte Wasserstoff ökologisch erzeugt wird.
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Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Ventiltriebs 1 liegt darin, dass nach dem Überwinden der Magnethaltekraft durch einen entsprechenden Impuls des Schaltstifts 14 keine weiteren Reibungsverluste, beispielsweise durch ein Federkugelsystem, beim Verschieben des Bolzens 6, 6a mehr auftreten, wodurch dieser ein verbessertes kinematisches Verhalten aufweist, was insbesondere bei zwei sich kreuzenden Führungsspuren 11, 12 bzw. 19, 20 von großem Vorteil ist. Durch den Entfall des Federkugelsystems lässt sich der erfindungsgemäße Ventiltrieb zudem deutlich kostengünstiger realisieren.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102019203333 A1 [0002]
- DE 102019203233 A1 [0021]
