WO2009152985A1 - Ventiltriebvorrichtung - Google Patents

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WO2009152985A1
WO2009152985A1 PCT/EP2009/004164 EP2009004164W WO2009152985A1 WO 2009152985 A1 WO2009152985 A1 WO 2009152985A1 EP 2009004164 W EP2009004164 W EP 2009004164W WO 2009152985 A1 WO2009152985 A1 WO 2009152985A1
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WO
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switching
drive device
valve drive
actuator
cam
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Application number
PCT/EP2009/004164
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English (en)
French (fr)
Inventor
Markus Lengfeld
Jens Meintschel
Thomas Stolk
Alexander Von Gaisberg-Helfenberg
Original Assignee
Daimler Ag
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Publication date
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Priority to EP09765565A priority patent/EP2304197A1/de
Priority to JP2011513923A priority patent/JP5461540B2/ja
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Priority to US12/927,119 priority patent/US8893674B2/en

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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01L—CYCLICALLY OPERATING VALVES FOR MACHINES OR ENGINES
    • F01L1/00—Valve-gear or valve arrangements, e.g. lift-valve gear
    • F01L1/02—Valve drive
    • F01L1/04—Valve drive by means of cams, camshafts, cam discs, eccentrics or the like
    • F01L1/047—Camshafts
    • F01L1/053—Camshafts overhead type
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01L—CYCLICALLY OPERATING VALVES FOR MACHINES OR ENGINES
    • F01L13/00—Modifications of valve-gear to facilitate reversing, braking, starting, changing compression ratio, or other specific operations
    • F01L13/0015—Modifications of valve-gear to facilitate reversing, braking, starting, changing compression ratio, or other specific operations for optimising engine performances by modifying valve lift according to various working parameters, e.g. rotational speed, load, torque
    • F01L13/0036—Modifications of valve-gear to facilitate reversing, braking, starting, changing compression ratio, or other specific operations for optimising engine performances by modifying valve lift according to various working parameters, e.g. rotational speed, load, torque the valves being driven by two or more cams with different shape, size or timing or a single cam profiled in axial and radial direction
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01L—CYCLICALLY OPERATING VALVES FOR MACHINES OR ENGINES
    • F01L13/00—Modifications of valve-gear to facilitate reversing, braking, starting, changing compression ratio, or other specific operations
    • F01L13/0015—Modifications of valve-gear to facilitate reversing, braking, starting, changing compression ratio, or other specific operations for optimising engine performances by modifying valve lift according to various working parameters, e.g. rotational speed, load, torque
    • F01L13/0036—Modifications of valve-gear to facilitate reversing, braking, starting, changing compression ratio, or other specific operations for optimising engine performances by modifying valve lift according to various working parameters, e.g. rotational speed, load, torque the valves being driven by two or more cams with different shape, size or timing or a single cam profiled in axial and radial direction
    • F01L2013/0052—Modifications of valve-gear to facilitate reversing, braking, starting, changing compression ratio, or other specific operations for optimising engine performances by modifying valve lift according to various working parameters, e.g. rotational speed, load, torque the valves being driven by two or more cams with different shape, size or timing or a single cam profiled in axial and radial direction with cams provided on an axially slidable sleeve

Definitions

  • the invention relates to a valve drive device according to the preamble of claim 1.
  • valve train devices in particular an internal combustion engine, with an actuating device which is intended to move at least one axially displaceable cam element, and which has at least a first switching unit with a first switching element and a first actuator, wherein the switching element is provided, at least engage in a switching position in a shift gate, and the actuator is provided to move the switching element in the switching position known.
  • the invention is in particular the object to provide a valve drive device by means of the various switch positions can be easily switched. It is achieved according to the invention by the features of claim 1. Further embodiments emerge from the subclaims.
  • the invention relates to a valve drive device, in particular an internal combustion engine, having an actuating device, which is intended to move at least one axially ver ⁇ slideable cam member and a Wegku- lisse for moving the cam member and at least one switching unit having a switching element and an actuator, wherein the switching element is provided to engage at least in a switching position in the shift gate, and the actuator is provided to move the switching element in the switching position.
  • the shift gate has at least one intermediate segment, which is intended to end a shift operation.
  • the term “provided” is to be understood in particular to be specially equipped, designed and / or programmed.
  • Ending in this context is to be understood, in particular, as premature termination, in particular interruption or cancellation.
  • a “shifting gate” is to be understood in particular to mean a configuration which converts a rotational movement of the cam element into an axial force for adjusting the cam element, wherein the shifting gate preferably has at least one slide track , in which advantageously an axially fixed shift pin einspurt that generates the axial force by means of the shift gate.
  • An "intermediate segment” is to be understood as meaning, in particular, a segment of the shifting gate, or in particular a segment of the sliding track, which is followed by at least one further segment and is followed by at least one further segment. or the sliding track to be understood.
  • a switching element of a switching unit at different times the switching operation in a New ⁇ tral ein moved back and have already started switching operation can be completed, which in particular various ⁇ dene switching positions can be easily switched.
  • the intermediate segment is further provided to continue the switching operation.
  • the intermediate segment is provided to move a switching element of a switching unit in a neutral position.
  • the switching process can be completed particularly easily.
  • this makes it possible to dispense with an actuator which is intended to move the switching element into the neutral position.
  • the intermediate segment has an increasing radial height in at least one section.
  • the shell element can be easily moved to the neutral position.
  • a "radial height” should be understood to mean, in particular, a radial distance between a ball track base and a gate track base level, whereby a "track track base level” is to be understood as meaning a radial level of a point of the slide track which has a minimum distance from a rotation axis.
  • a positive shift gate which in particular has a slide track, which is designed as a circumferential encircling the cam element
  • the radial height in particular a height of the slide track base on the cam member.
  • the radial height corresponds in particular to a radial depth, wherein an increasing radial height corresponds to a decreasing radial depth.
  • the intermediate segment has a return element, which is provided to move the switching element in the neutral position.
  • a return element can be easily realized a reset unit for the switching element.
  • the return element is designed as a radial elevation above the slide track designed base level and in particular has the increasing radial height.
  • the intermediate segment has a radial extent which is always equal to zero.
  • an advantageous guidance of the switching element can be realized, which leads the switching elements in particular in the area of the return elements.
  • the radial extent corresponds to the radial depth - Ground level is above the shift gate base level.
  • the shift gate has at least one Ausspursegment, which is intended to complete the switching process.
  • the switching operation can be completed when an end shift position is reached.
  • the shift gate has at least one switching segment, which is arranged between the Ausspursegment and the intermediate segment. This allows beneficial ⁇ way legally to the intermediate segment, another shift operation be connected, which in particular a switching time can be shortened over several switching positions.
  • the actuating device is provided to switch the cam element in at least three switching positions.
  • a valve drive device can be realized, which can be adapted flexibly to different operating modes of the internal combustion engine due to a high number of switching positions.
  • the actuating device has at least one actuator which is provided to move the first switching element in a neutral position.
  • a shift gate is to be understood in particular a configuration that converts a rotational movement of the cam member in an axial force for adjusting the cam member, wherein the shift gate preferably at least one slide track, in which advantageously an axially fixed shift pin einspurt, by means of the shift gate the A "switching position" of the switching element should be understood in particular a position in which the switching element is in engagement with the shift gate, in particular in engagement with the slide track of the shift gate.
  • a “neutral position” of the switching element should also be understood to mean a position in which the switching element is out of engagement with the shifting gate
  • an “actuator” is to be understood in particular as a unit which is provided depending on a control parameter, in particular Dependence on a control signal to trigger a switching operation.
  • the actuator should be provided to perform a mechanical work depending on the control parameter.
  • a control parameter which is preferably designed as a control signal, in particular an electrical Advantageous or electronic signal advantageous, which is preferably issued by means of a control unit and in whose dependence a mechanism of the switching unit is switched.
  • actuators for example, electrical, thermal, chemical, hydraulic and / or pneumatic actuators are conceivable.
  • provided is to be understood in particular specially equipped, designed and / or programmed by an inventive design, the switching element regardless of a design of the shift gate in the neutral position moved back and an already started switching operation be interrupted or interrupted.
  • Such an actuating device is particularly advantageous for a valve drive device which has a shift gate with a Ausspursegment which is intended to move the switching element in the neutral position has. Furthermore, an actuating device according to the invention is advantageous, in particular for a valve drive device with two cam elements, which are displaced sequentially in a switching operation, since this makes it possible to achieve that the cam elements are in different switching positions. Furthermore, such an actuating device is particularly advantageous for an actuating device, which can move the at least one cam element in three switching positions, since thereby the switching operation can be easily canceled after a shift from a first switching position to a second switching position. As a result, a valve drive device with two cam elements, each of which can be displaced independently of one another into three switch positions, can be realized in a particularly advantageous manner.
  • the at least one actuator is formed electromagnetically.
  • the actuator which is intended to move the first switching element back to a neutral position, is designed as an electromagnetic actuator.
  • all the actuators of the actuator are designed as electromagnetic actuators.
  • the first switching unit is provided to move the at least one cam element in a first switching direction.
  • the switching unit is provided to move the at least one cam element only in the first switching direction, wherein in a particularly advantageous embodiment, the switching unit is provided to move all cam elements in the first switching direction.
  • the switching element In order to move the cam member from one switching position to another switching position, the switching element is preferably moved into its switching position, whereby it engages in the shift gate and exerts an axial force on the cam member for adjusting the cam member. If the switching element in its neutral position, the cam element remains in its switching position.
  • the actuating device has a second switching unit with a second switching element, which is intended to intervene in the shift gate at least in a switching position. Thereby, a flexibility of the actuator can be increased.
  • the second switching unit is provided to move the at least one cam element in a second switching Rich ⁇ tion.
  • This can be a structurally simple Actuating device can be provided which can move the at least one cam element in two switching directions, wherein advantageously the second switching direction of the first switching direction is opposite.
  • the second switching unit should be provided to move the at least one cam element only in the second switching direction.
  • the second switching unit has an actuator which is provided to move the second switching element into a switching position.
  • the further switching element can be easily moved, wherein preferably the second actuator is designed analogously to the first actuator.
  • the actuator of the second switching unit is embodied at least partially in one piece with the actuator, which is intended to move the first switching element into the neutral position. This can be dispensed with an additional actuator, which is provided only for returning to the neutral position, whereby costs for the actuator can be reduced.
  • the first actuator is provided to move the second switching element in a neutral position.
  • the second switching element can be reset independently of the shift gate.
  • the actuating device has a coupling element which is provided to couple the first switching element and the second switching element in terms of motion technology.
  • a coupling element which is provided to couple the first switching element and the second switching element in terms of motion technology.
  • the coupling element is provided to couple the first switching element and the second switching element complementary.
  • a movement of the one switching element can advantageously be used to move the other switching element into the neutral position.
  • the first switching unit and the second switching unit have at least one common basic housing part.
  • an embodiment with an advantageously small installation space can be found.
  • the two actuators are arranged in the common base housing part.
  • first switching unit and the second switching unit have a common stator. This allows a particularly simple design can be achieved.
  • the actuating device is provided to switch the cam element in at least three switching positions.
  • a valve drive ⁇ device can be realized, which can be flexibly adapted to different operating modes of the internal combustion engine due to a high number of ⁇ switching positions.
  • FIG. 1 schematically shows a shift gate of an actuating device of a valve drive device in a planar view
  • Fig. 5 is a slide track of another shift gate
  • FIG. 6 shows an actuating device of a valve drive device with two switching units in a cross section
  • Fig. 8 schematically shows a shift gate in a planar view
  • valve drive device 9 is a schematic overview of the valve drive device.
  • FIG. 1 shows a shift gate 13a of an actuating device 10a of a valve drive device.
  • the actuating device 10a is provided to two cam elements IIa, 12a, which are axially displaceable and rotationally fixed on a base ⁇ camshaft 42a are arranged to move.
  • the actuator 10a, a first switching unit 22a and a second switching unit 23a which can shift the cam elements IIa, 12a by means of the shift gate 13a.
  • the shift gate 13a has a first slide track 43a and a second slide track 44a.
  • the slide tracks 43a, 44a by means of which the cam elements IIa, 12a can be moved, are designed as groove-shaped depressions and introduced directly into the cam elements IIa, 12a.
  • the cam elements IIa, 12a are L-shaped and axially overlapping in a region in which they adjoin one another (see FIG. 3).
  • In the circumferential direction takes in the region of the guide tracks 43a, 44a each cam element IIa, 12a a rotation angle of 180 ° degrees.
  • the slide tracks 43a, 44a which extend over a rotational angle greater than 359 ° degrees, are each arranged in part on the cam element IIa and partly on the cam element 12a.
  • Both slide tracks 43a, 44a have a basic shape with a quadruple S-shaped structure (compare Fig. 1). Both slide tracks 43a, 44a each have a single track segment 45a, 46a, four shift segments 34a-41a, three intermediate segments 14a-19a and a Ausspursegment 32a, 33a.
  • the switching segments 34a, 36a, 38a, 40a of the first slide track 43a have an axial direction component, which is opposite to a first switching direction, whereby means of the switching segments 34a, 36a, 38a, 40a and a rotational movement of the cam member IIa an axial force for switching in the first switching direction can be generated.
  • the switching segments 35a, 37a, 39a, 41a of the second slide track 44a have an axial direction component, which is directed axially opposite to a second switching direction, whereby analogous to an axial direction Force for switching in the second switching direction can be generated.
  • the switch segment 34a following directly on the single track segment 45a.
  • the Ausspursegment 32a is arranged.
  • the single track segment 45a has an increasing radial depth.
  • the switching segments 34a, 36a, 38a, 40a have a constant radial depth.
  • the Ausspursegment 33a has a decreasing radial depth. Due to the decreasing radial depth of the Ausspursegments 33a, a switching element 20a of the first switching unit 22a is moved back to its neutral position in which it is out of engagement with the shift gate 13a.
  • the one-track segment 45a, the intermediate segments 14a, 16a, 18a and the Ausspursegment 32a are each arranged in part on the cam member IIa and partly on the cam member 12a.
  • the switching segments 34a, 36a, 38a, 40a are each arranged completely on one of the cam elements IIa, 12a, wherein successive switching segments 34a, 36a, 38a, 40a are arranged alternately on the cam elements IIa, 12a.
  • the switching segment 34a and the switching segment 38a are provided to displace the cam element IIa.
  • the switching segment 36a and the switching segment 40a are provided to displace the cam member 12a.
  • the second slide track 44a is analogous to the first ball ⁇ senbahn 43a formed. Following on the single track segment 46a are also alternately one of the switching segments 35a, 37a, 39a, 41a and one of the intermediate segments 15a, 17a, 19a arranged. The last switching segment 41a is immediately followed by the Ausspursegment 33a.
  • the single-track segment 46a, the intermediate segments 15, 17a, 19a and the Ausspursegment 33a are each arranged in part on the cam member IIa and partly on the cam member 12a.
  • the switching segments 35a, 37a, 39a, 41a are each completely arranged on one of the cam elements IIa, 12a, wherein successive switching segments 35a, 37a, 39a, 41a are arranged alternately on the cam elements IIa, 12a, which can move them.
  • the cam element IIa and the cam element 12a each have at least one cam unit 47a, 51a with three partial cams 48a-50a, 52a-54a.
  • the partial cams 48a-50a, 52a-54a have a different lifting height and can be assigned to switching positions of the cam elements IIa, 12a.
  • the partial cams 48a, 52a with the highest lifting height are associated with switching positions with a full stroke.
  • the partial cams 49a, 53a with a medium lifting height are associated with switching positions with a partial stroke.
  • the partial cams 50a, 54a with the lowest lift height which is advantageously equal to zero, are assigned switch positions with a zero lift.
  • the highest lift part cams 48a, 52a and the lowest lift lift partial cams 50a, 54a are outwardly disposed in the respective cam units 47a, 51a.
  • the partial cams 49a, 53a with the medium lift height are arranged between the other partial cams 48a, 50a, 52a, 54a of the corresponding cam unit 47a, 51a.
  • the first switching unit 22a has a first actuator 55a and the first switching element 20a.
  • the switching element 20a is partially formed as a switching pin 56a, which is extended in a switching position of the first switching element 20a. In the switching position, the switching pin 56a engages in the first slide track 43a of the shift gate 13a. By means of the first switching unit 22a and the first slide track 43a, the cam elements IIa, 12a can be moved in the first switching direction.
  • the first actuator 55a which moves the first switching element 20a, has a solenoid unit 61a.
  • the solenoid unit 61a includes a coil 62a disposed in a stator 63a of the solenoid unit 61a.
  • a magnetic field can be generated, which interacts with a permanent magnet 64a, which is arranged in the switching element 20a.
  • the switching element 20a can be extended with the switching pin 56a.
  • a core 65a amplifies the magnetic field generated by the solenoid unit 61a.
  • the permanent magnet 64a When the coil 62a is deenergized, the permanent magnet 64a interacts with the surrounding material. In the neutral position, the permanent magnet 64a interacts with the core 65a of the electromagnetic unit 61a, which consists of a magnetizable material. In the switching position, the permanent magnet 64a interacts with the stator 63a of the actuator 55a. In a de-energized operating state, the permanent magnet 64a stabilizes the switching element 20a in the switching position, or the neutral position.
  • the permanent magnet 64a interacts with the field of the solenoid unit 61a.
  • an attracting force and a repelling force can be realized by the permanent magnet 64a and the electromagnetic unit 61a.
  • a polarization of the solenoid unit 61a can be changed by means of a current direction with which the solenoid unit 61a is energized.
  • the electromagnet unit 61a is energized in the current direction in which the repulsive force arises between the electromagnet unit 61a and the permanent magnet 64a.
  • a spring unit 66a is arranged, which also exerts a force on the switching element 20a.
  • the force of the spring unit 66a is directed in a direction corresponding to a direction of the repulsive force between the solenoid unit 61a and the permanent magnet 64a, thereby accelerating an extension operation of the switching element 20a.
  • the second switching unit 23a is analogous to the first switching unit 22a.
  • the second switching unit has a switching pin, which engages in a switching position of a switching element 21a in the slide track 44a.
  • the cam elements IIa, 12a can be moved in the second, the first switching direction opposite switching direction.
  • the cam elements IIa, 12a are bewe ⁇ ⁇ tion technology partially coupled to each other on the shift gate.
  • the cam elements IIa, 12a can be displaced sequentially.
  • the cam elements IIa, 12a are displaced in response to a rotation angle of the base camshaft 42a.
  • first the first cam element IIa is displaced, and closing, when the first cam member IIa is completely shifted, the second cam member 12a is moved.
  • the second switching direction first the second cam element 12a and then the first cam element IIa is displaced.
  • the first cam element IIa is designed in two parts and has two cam element parts 58a, 59a, which are arranged on both sides of the second cam element 12a.
  • the cam member parts 58a, 59a are fixedly connected to each other by means of an inner coupling rod 60a for axial movement.
  • each intermediate segment 14a-19a of the slide tracks 43a, 44a of the shift gate 13a each have a return element 25a-30a (see FIG. 1) .
  • the switching element 20a, 21a which engages in the corresponding slide track 43a, 44a, are moved back into its neutral position.
  • the reset elements 25a, 30a thus form a reset unit 67a, by means of which a switching operation can be terminated prematurely.
  • the restoring elements 25a-30a are all the same, which is why the following description of the restoring element 25a can also be analogously transferred to the remaining restoring elements 26-3Oa.
  • the return element 26a is designed as an elevation above a slide track base level 68a and is arranged completely in the slide track 43a. In the region of the restoring element 26a, a radial height 24a of a slide track bottom 69a increases or a radial depth of the guide rail departure.
  • a radial extension 31a of the slide tracks 43a, 44a which is formed by a distance between a shift base stage 57a and which corresponds to the radial depth of the guide tracks 43a, 44a, is always greater than zero (see FIG. 2).
  • the two cam elements IIa, 12a can be switched in any switching positions. For example, if the first cam element IIa of the switching position with zero stroke in the switching position with full stroke and the second cam member 12a are switched from the switching position with zero stroke in the switching position with partial stroke, the first switching element 20a is extended and by means of Einspursegments 45a into engagement with the first Sliding track 43a brought.
  • the first cam element IIa is moved from the switching position with zero stroke in the switching position with partial stroke.
  • the switching segment 34a is followed by the intermediate segment 14a with the return element 25a.
  • the electromagnet unit 61a of the first actuator 55a is energized and the switching element 20a follows a contour of the intermediate segment 14a.
  • the second cam element 12a is moved from the switching position with zero stroke into the switching position with partial stroke.
  • the switching segment 35a is followed by the intermediate segment 15a with the return element 26a.
  • the actuator 55a is energized again and the switching element 20a follows a contour of the intermediate segment 15a.
  • the switching segment 36a is followed by the intermediate segment 16a with the return element 27a.
  • energization of the actuator 55a is dispensed with. Thereby, the switching element 20a is moved back by the return element 27a in its neutral position, whereby the switching element 20a is out of engagement with the slide track 43a and the second cam member 12a remains in the switching position with partial stroke.
  • Figure 5 shows a slide track 43b of a shift gate 13b each having a switching segment 34b, 36b each cam element IIb, 12b, by means of which the corresponding cam element IIb, 12b can be switched from a switching position with partial stroke in a switching position with full stroke.
  • an intermediate segment 14b can be used with a return element 25b advantageously to turn the one cam element IIb in the switching position with partial stroke and the other cam element 12b in the switching position with full stroke.
  • FIG. 6 and FIG. 7 show an actuating device 10 of a valve drive device.
  • the actuating device 10 is provided to move two cam elements 11, 12, which are arranged to be axially displaceable and rotationally fixed on a base camshaft 23.
  • the actuating device 10 has a first and a second switching unit 13, 18, which can shift the cam elements 11, 12 by means of a switching gate 16.
  • the first switching unit 13 has a first actuator 15 and a first switching element 14.
  • the switching element 14 is partially formed as a switching pin 24 which is extended in a switching position of the first switching element 14. In the switching position, the shift pin 24 engages in a first slide track 25 of the shift gate 16 a. By means of the first switching unit 13 and the first slide track 25, the cam elements 11, 12 are moved in a first switching direction.
  • the second switching unit 18 has a second actuator 17 and a second switching element 19.
  • the second switching element 19 is also partially formed as a switching pin 26 which is extended in a switching position of the second switching element 19. In the switching position, the shift pin 26 engages in a second slide track 27 of the shift gate 16 a.
  • the cam elements 11, 12 are displaced in a second, the first switching direction opposite switching direction.
  • the cam elements 11, 12 are on the shift gate 16 be ⁇ technically partially coupled with each other.
  • the cam elements 11, 12 are displaced sequentially.
  • the cam elements 11, 12 are thereby shifted in dependence on a rotation angle of the basic ⁇ camshaft 23.
  • first the first cam member 11 is displaced, and subsequently, when the first cam member 11 is completely shifted, the second cam member 12 is displaced.
  • second switching direction first the second cam element 12 and then the first cam element 11 is displaced.
  • the first cam element 11 is designed in two parts and has two cam element parts 28, 29 which are arranged on both sides of the second cam element 12.
  • the cam member parts 28, 29 are fixedly connected to each other by means of an inner coupling rod 30 for axial movement.
  • the first actuator 15, which moves the first switching element 14, has a solenoid unit 31.
  • the electromagnet unit 31 comprises a coil 32 which is arranged in a stator 22 of the electromagnet unit 31.
  • a magnetic field can be generated, which interacts with a permanent magnet 33, which is arranged in the switching element 14.
  • a core 34 amplifies the magnetic field generated by the solenoid unit 31.
  • the permanent magnet 33 interacts with the surrounding material.
  • the neutral position of the permanent magnet 33 interacts with the core 34 of the solenoid unit 31 be ⁇ is made of a magnetizable material.
  • the permanent magnet 33 interacts with the stator 22 of the actuator 15. In a de-energized operating state, the permanent magnet 33 stabilizes the Switching element 14 in the switching position, or the neutral position.
  • the permanent magnet 33 interacts with the field of the solenoid unit 31.
  • an attractive force and a repulsive force can be realized.
  • a polarization of the solenoid unit 31 can be changed by means of a current direction, with which the solenoid unit 31 is energized.
  • the electromagnet unit 31 is energized in the current direction in which the repulsive force is produced between the electromagnet unit 31 and the permanent magnet 33.
  • a spring unit 35 is arranged, which also exerts a force on the switching element 14.
  • the force of the spring unit 35 is directed in a direction corresponding to a direction of the repulsive force between the solenoid unit 31 and the permanent magnet 33, whereby an extension operation of the switching element 14 is accelerated.
  • the second actuator 17 is constructed analogously to the first actuator 15. It comprises an electromagnet unit 36, which has a coil 37 arranged in the stator 22, which is designed jointly for both actuators 15, 17, with a magnetizable core 38 which interacts with a permanent magnet 39 arranged in the switching element 19 and can extend the switching pin 26. An extension operation is also accelerated in the actuator 17 by a spring unit 40.
  • the two actuators 15, 17 are arranged in a common base housing part 21, which at the same time forms the integrally formed stator 22 of the actuators 15, 17.
  • the coils 32, 37 of the actuators 15, 17 are also wound around the base housing part 21.
  • To the basic housing part 21, a further housing part 41 is connected to the basic housing part 21, a further housing part 41 is connected.
  • the further housing part 41 encloses both actuators 15, 17.
  • the housing part 41 guides for the switching elements 14, 19 on.
  • the slide tracks 25, 27, by means of which the cam elements 11, 12 are moved, are designed as groove-shaped depressions and introduced directly into the cam elements 11, 12.
  • the cam members 11, 12 are L-shaped and axially overlapping in an area where they abut each other.
  • In the circumferential direction takes in the region of the cam tracks 25, 27, each cam member 11, 12 a rotation angle of 180 ° degrees.
  • the slide tracks 25, 27, which extend over a rotation angle greater than 360 °, are each arranged in part on the cam member 11 and partly on the cam member 12.
  • Both slide tracks 25, 27 have a basic shape with a quadruple S-shaped structure (compare Fig. 8). Both slide tracks 25, 27 each have a single track segment 42, 43, four switching segments 44-51, three intermediate segments 52-57 and a Ausspursegment 58, 59 on.
  • the switching segments 44, 46, 48, 50 of the first slide track 25 have an axial direction component, which is opposite to the first switching direction, whereby by means of the switching segments 44, 46, 48, 50 and a rotational movement generates an axial force for switching in the first switching direction can be.
  • the switching segments 45, 47, 49, 51 of the second link path 27 have an axial direction component which is axially opposite to the is directed to the second switching direction, whereby analog an axial force can be generated for switching in the second switching direction.
  • the switching segments 44, 46, 48, 50 and one of the intermediate segments 52, 54, 56 are arranged following the single track segment 42, with the switching segment 44 immediately following the single track segment 42.
  • the Ausspursegment 58 is arranged.
  • the single track segment 42 has an increasing radial depth.
  • the intermediate segments 52, 54, 56 and the switching segments 44, 46, 48, 50 have a constant radial depth.
  • the Ausspursegment 58 has a decreasing radial depth. Due to the decreasing radial depth of the Ausspursegments 58, the switching element 14 of the switching unit 13 is moved back to its neutral position in which it is out of engagement with the shift gate 16 back.
  • the single track segment 42, the intermediate segments 52, 54, 56 and the Ausspursegment 58 are each arranged in part on the cam member 11 and partially on the cam member 12.
  • the switching segments 44, 46, 48, 50 are each completely arranged on one of the cam elements 11, 12, wherein successive switching segments 44, 46, 48, 50 are arranged alternately on the cam elements 11, 12.
  • the switching segment 44 and the switching segment 48 are provided to move the cam member 11.
  • the switching segment 46 and the switching segment 50 are provided to move the cam member 12.
  • the second slide track 27 is analogous to the first scenes ⁇ web 25 is formed.
  • the Einspursegment 43 are also alternately one of the switching segments 45, 47, 49, 51 and one of the intermediate segments 53, 55, 57 arranged on the last switching segment 57 immediately follows the Ausspursegment 59.
  • the Einspursegment 43, the intermediate segments 53, 55, 57 and the Ausspursegment 59 are each partially on the cam member 11 and the Part disposed on the cam member 12.
  • the switching segments 45, 47, 49, 51 are each completely disposed on one of the cam elements 11, 12, wherein successive switching segments 45, 47, 49, 51 are arranged alternately on the cam elements 11, 12, which they can move.
  • the cam element 11 and the cam element 12 each have at least one cam unit 60, 64 with three partial cams 61-63, 65-67.
  • the partial cams 61-63, 65-67 have a different lifting height and can be assigned to the switching positions of the cam elements 11, 12.
  • the partial cams 61, 65 with the highest lifting height are assigned to the switching positions with a full stroke.
  • the partial cams 62, 66 with a medium lifting height are assigned to the switching positions with a partial stroke.
  • the partial cams 63, 67 with the lowest lifting height which is advantageously equal to zero, are assigned to the switching positions with a zero stroke.
  • the partial cams 61, 65 with the highest lifting height and the partial cams with the lowest lifting height 63, 67 are arranged on the outside in the corresponding cam units 60, 64.
  • the partial cams 62, 66 with the medium lifting height are arranged between the other partial cams 61, 63, 65, 67 of the corresponding cam unit.
  • the actuating device 10 To ovin- the switching elements 14, 19 at a time, which is inde ⁇ gig of the Ausspursegmenten 58, 59, retire NEN, the actuating device 10, a coupling element 20, by means of which the first switching element 14 and the second switching element 19 are coupled in terms of motion technology (see Fig. 6 and Fig. 7).
  • the coupling element 20 couples the two switching elements 14, 19 complementary to each other.
  • the second switching element 19 can be moved by means of the first actuator 15 and the first switching element 14 by means of the second actuator 17 in the neutral position.
  • the coupling element 20 thus forms part of a reset unit 68, by means of which the switching elements 14, 19 can be returned to the neutral positions and thus a switching operation can be terminated prematurely.
  • the coupling element 20 is rotatably mounted between the switching elements 14, 19.
  • the two switching elements 14, 19 each have a recess 69, 70, into which the coupling element 20 engages.
  • the switching elements 14, 19 are connected to each other in terms of motion.
  • the coupling element 20 thereby provides a rocking mechanism which couples the switching elements 14, 19 in a complementary manner.
  • the second switching element 19 is moved by means of the first actuator 15 in the neutral position by the first switching element 14 is moved to the switching position.
  • the first switching element 14 is moved by means of the second actuator 17 in the neutral position by the second switching element 19 is moved to the switching position.
  • both switching elements 14, 19 can be moved back into the basic position by means of the Ausspursegmente 58, 59.
  • the actuator 15, 17 of the switching element 14, 19, which is to be moved into the neutral position is additionally energized in the current direction in which the solenoid unit 31, 36 exerts an attractive force and the movement of the switching element 14, 19 supported in the neutral position.
  • the cam member 11 can be switched to the switching position with partial stroke and the cam member 12 in the switching position with zero stroke.
  • the switching element 14 of the first switching unit 13 is extended and engages in the first slide track 25 a.
  • the cam member 11 is moved from the switching position with zero stroke in the switching position with partial stroke.
  • the switching element 19 of the second switching unit 18 is extended.
  • the second switching element 19 spurts into the Ausspursegment 59 of the second slide track 27 a.
  • the switching element 14 of the first switching unit 13 is moved back into the neutral position.
  • the switching element 19 of the second switching unit 18 is moved back by the Ausspursegment 59 back to its neutral position.

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Abstract

Die Erfindung geht aus von einer Ventiltriebvorrichtung, insbesondere einer Brennkraftmaschine, mit einer Betätigungsvorrichtung (10, 10a; 10b), die dazu vorgesehen ist, zumindest ein axial verschiebbares Nockenelement (11, 12, 11a, 12a; 11b, 12b) zu verschieben, und die eine Schaltkulisse (13a; 13b, 16) zum Verschieben des Nockenelements (11, 12, 11a, 12a; 11b, 12b) und zumindest eine Schalteinheit (13, 18, 22a, 23a) mit einem Schaltelement (14, 19, 20a) und einem Aktuator (15, 17, 55a) aufweist, wobei das Schaltelement (14, 19, 20a) dazu vorgesehen ist, zumindest in einer Schaltstellung in die Schaltkulisse (13a; 13b, 16) einzugreifen, und der Aktuator (15, 17, 55a) dazu vorgesehen ist, das Schaltelement (14, 19, 20a) in die Schaltstellung zu bewegen. Es wird vorgeschlagen, dass die Schaltkulisse (13a; 13b, 16) wenigstens ein Zwischensegment (14a-19a; 14b, 15b, 52-57) aufweist, das dazu vorgesehen ist, einen Schaltvorgang zu beenden.

Description

Ventiltriebvorrichtung
Die Erfindung betrifft eine Ventiltriebvorrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Es sind bereits Ventiltriebvorrichtungen, insbesondere einer Brennkraftmaschine, mit einer Betätigungsvorrichtung, die dazu vorgesehen ist, zumindest ein axial verschiebbares Nockenelement zu bewegen, und die zumindest eine erste Schalteinheit mit einem ersten Schaltelement und einem ersten Aktuator aufweist, wobei das Schaltelement dazu vorgesehen ist, zumindest in einer Schaltstellung in eine Schaltkulisse einzugreifen, und der Aktuator dazu vorgesehen ist, das Schaltelement in die Schaltstellung zu bewegen, bekannt.
Der Erfindung liegt insbesondere die Aufgabe zugrunde, eine Ventiltriebvorrichtung bereitzustellen, mittels der verschiedene Schaltstellungen einfach geschaltet werden können. Sie wird gemäß der Erfindung durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Weitere Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Die Erfindung geht aus von einer Ventiltriebvorrichtung, insbesondere einer Brennkraftmaschine, mit einer Betätigungsvorrichtung, die dazu vorgesehen ist, zumindest ein axial ver¬ schiebbares Nockenelement zu bewegen, und die eine Schaltku- lisse zum Verschieben des Nockenelements und zumindest eine Schalteinheit mit einem Schaltelement und einem Aktuator aufweist, wobei das Schaltelement dazu vorgesehen ist, zumindest in einer Schaltstellung in die Schaltkulisse einzugreifen, und der Aktuator dazu vorgesehen ist, das Schaltelement in die Schaltstellung zu bewegen.
Es wird vorgeschlagen, dass die Schaltkulisse wenigstens ein Zwischensegment aufweist, das dazu vorgesehen ist, einen Schaltvorgang zu beenden. Unter „vorgesehen" soll insbesondere speziell ausgestattet, ausgelegt und/oder programmiert verstanden werden. Unter „beenden" soll in diesem Zusammenhang insbesondere ein vorzeitiges Beenden, wie insbesondere ein Unterbrechen oder ein Abbrechen, verstanden werden. Unter einem „Schaltvorgang" soll insbesondere ein Verschieben des Nockenelements verstanden werden. Weiter soll unter einer „Schaltkulisse" insbesondere eine Ausgestaltung verstanden werden, die eine Drehbewegung des Nockenelements in eine axiale Kraft zum Verstellen des Nockenelements umsetzt, wobei die Schaltkulisse vorzugsweise zumindest eine Kulissenbahn aufweist, in die vorteilhafterweise ein axial fixierter Schaltpin einspurt, der mittels der Schaltkulisse die axiale Kraft erzeugt. Unter einen „Zwischensegment" soll insbesondere ein Segment der Schaltkulisse, bzw. insbesondere ein Segment der Kulissenbahn verstanden werden, dem zumindest ein weiteres Segment vorangeht und auf das zumindest ein weiteres Segment nachfolgt. Insbesondere soll dabei unter einem Zwischensegment nicht das letzte Segment der Schaltkulisse, bzw. der Kulissenbahn verstanden werden. Durch eine erfindungsgemäße Ausgestaltung kann ein Schaltelement einer Schalteinheit zu verschiedenen Zeitpunkten des Schaltvorgangs in eine Neu¬ tralstellung zurück verschoben und ein bereits begonnener Schaltvorgang beendet werden, wodurch insbesondere verschie¬ dene Schaltstellungen einfach geschalten werden können. Vor- zugsweise ist das Zwischensegment weiter dazu vorgesehen, den Schaltvorgang fortzusetzen.
Weiter wird vorgeschlagen, dass das Zwischensegment dazu vorgesehen ist, ein Schaltelement einer Schalteinheit in eine Neutralstellung zu bewegen. Dadurch kann der Schaltvorgang besonders einfach beendet werden. Insbesondere kann dadurch auf eine Aktuatorik, die dazu vorgesehen ist, das Schaltelement in die Neutralstellung zu bewegen, verzichtet werden. Insbesondere wird vorgeschlagen, dass das Zwischensegment in zumindest einem Teilabschnitt eine zunehmende radiale Höhe aufweist. Dadurch kann das Schalelement einfach in die Neutralstellung bewegt werden. Unter einer „radialen Höhe" soll dabei insbesondere ein radialer Abstand zwischen einem Kulis- senbahngrund und einem Kulissenbahngrundniveau verstanden werden, wobei unter einem „Kulissenbahngrundniveau" ein radiales Niveau eines Punkts der Kulissenbahn, der von einer Rotationsachse einen minimalen Abstand aufweist, verstanden werden soll. Bei einer positiven Schaltkulisse, die insbesondere eine Kulissenbahn aufweist, die als eine auf dem Nockenelement umlaufende Erhebung ausgeführt ist, soll unter der radialen Höhe insbesondere eine Höhe des Kulissenbahngrunds über dem Nockenelement verstanden werden. Bei einer negativen Schaltkulisse, die insbesondere eine als Nut ausgeführte Kulissenbahn aufweist, korrespondiert die radiale Höhe insbesondere mit einer radialen Tiefe, wobei eine zunehmende radiale Höhe einer abnehmenden radialen Tiefe entspricht.
Weiter wird vorgeschlagen, dass das Zwischensegment ein Rückstellelement aufweist, das dazu vorgesehen ist, das Schaltelement in die Neutralstellung zu bewegen. Mittels eines Rückstellelements kann einfach eine Rückstelleinheit für das Schaltelement realisiert werden. Vorzugsweise ist das Rückstellelement als eine radiale Erhebung über dem Kulissenbahn- grundniveau ausgestaltet und weist insbesondere die zunehmende radiale Höhe auf.
Insbesondere ist es vorteilhaft, wenn das Zwischensegment eine radiale Erstreckung aufweist, die stets ungleich Null ist. Dadurch kann eine vorteilhafte Führung des Schaltelements realisiert werden, die die Schaltelemente insbesondere auch im Bereich der Rückstellelemente führt. Unter einer „radialen Erstreckung" soll insbesondere ein radialer Abstand zwischen dem Kulissenbahngrund und dem Schaltkulissengrundniveau verstanden werden. Bei einer negativen Kulissenbahn entspricht die radiale Erstreckung der radialen Tiefe. Bei einer positiven Kulissenbahn entspricht die radiale Erstreckung der radialen Höhe zuzüglich einer Grundhöhe, die das Kulissenbahn- grundniveau über dem Schaltkulissengrundniveau liegt.
In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung wird vorgeschlagen, dass die Schaltkulisse zumindest ein Ausspursegment aufweist, das dazu vorgesehen ist, den Schaltvorgang abzuschließen. Dadurch kann vorteilhafterweise der Schaltvorgang abgeschlossen werden, wenn eine Endschaltstellung erreicht ist.
Insbesondere wird vorgeschlagen, dass das Ausspursegment und das Zwischensegment voneinander getrennt sind. Dadurch kann einfach eine Schaltstellung und eine Endschaltstellung getrennt voneinander betrachtet werden. Unter einem Ausspursegment soll insbesondere ein Segment verstanden werden, dessen radiale Höhe sich einem Schaltkulissengrundniveau angleicht.
Ferner wird vorgeschlagen, dass die Schaltkulisse zumindest ein Schaltsegment aufweist, das zwischen dem Ausspursegment und dem Zwischensegment angeordnet ist. Dadurch kann vorteil¬ hafterweise an das Zwischensegment ein weiterer Schaltvorgang angeschlossen werden, wodurch insbesondere eine Schaltzeit über mehrere Schaltstellungen verkürzt werden kann.
Außerdem wird vorgeschlagen, dass die Betätigungsvorrichtung dazu vorgesehen ist, das Nockenelement in zumindest drei Schaltstellungen zu schalten. Dadurch kann eine Ventiltriebvorrichtung realisiert werden, die aufgrund einer hohen Anzahl von Schaltstellungen flexibel auf unterschiedliche Betriebsmodi der Brennkraftmaschine angepasst werden kann.
Weiterhin wird vorgeschlagen, dass die Betätigungsvorrichtung zumindest einen Aktuator aufweist, der dazu vorgesehen ist, das erste Schaltelement in eine Neutralstellung zu bewegen. Unter einer „Schaltkulisse" soll insbesondere eine Ausgestaltung verstanden werden, die eine Drehbewegung des Nockenelements in eine axiale Kraft zum Verstellen des Nockenelements umsetzt, wobei die Schaltkulisse vorzugsweise zumindest eine Kulissenbahn aufweist, in die vorteilhafterweise ein axial fixierter Schaltpin einspurt, der mittels der Schaltkulisse die axiale Kraft erzeugt. Unter einer „Schaltstellung" des Schaltelements soll dabei insbesondere eine Stellung verstanden werden, in der das Schaltelement in Eingriff mit der Schaltkulisse, insbesondere in Eingriff mit der Kulissenbahn der Schaltkulisse, steht. Unter einer „Neutralstellung" des Schaltelements soll weiter eine Stellung verstanden werden, in der das Schaltelement außerhalb eines Eingriffs in die Schaltkulisse steht. Unter einem „Aktuator" soll insbesondere eine Einheit verstanden werden, die dazu vorgesehen ist, abhängig von einem Steuerparameter, insbesondere in Abhängigkeit von einem Steuersignal, einen Schaltvorgang auszulösen. Insbesondere soll der Aktuator dabei dazu vorgesehen sein, in Abhängigkeit des Steuerparameters eine mechanische Arbeit zu verrichten. Als ein Steuerparameter, der vorzugsweise als ein Steuersignal ausgebildet ist, ist insbesondere ein elektri- sches oder elektronisches Signal vorteilhaft, das vorzugsweise mittels einer Steuereinheit erteilt wird und in dessen Abhängigkeit eine Mechanik der Schalteinheit geschaltet wird. Als Aktuatoren sind beispielsweise elektrische, thermische, chemische, hydraulische und/oder pneumatische Aktuatoren denkbar. Unter „vorgesehen" soll insbesondere speziell ausgestattet, ausgelegt und/oder programmiert verstanden werden. Durch eine erfindungsgemäße Ausgestaltung kann das Schaltelement unabhängig von einer Ausgestaltung der Schaltkulisse in die Neutralstellung zurück verschoben und ein bereits begonnener Schaltvorgang abgebrochen bzw. unterbrochen werden.
Eine derartige Betätigungsvorrichtung ist insbesondere für eine Ventiltriebvorrichtung vorteilhaft, die eine Schaltkulisse mit einem Ausspursegment, das dazu vorgesehen ist, das Schaltelement in die Neutralstellung zurückzubewegen, aufweist. Weiter ist eine erfindungsgemäße Betätigungsvorrichtung insbesondere für eine Ventiltriebvorrichtung mit zwei Nockenelementen, die in einem Schaltvorgang sequentiell verschoben werden, vorteilhaft, da dadurch erreicht werden kann, dass sich die Nockenelemente in unterschiedlichen Schaltstellungen befinden. Ferner ist eine derartige Betätigungsvorrichtung insbesondere für eine Betätigungsvorrichtung vorteilhaft, die das zumindest eine Nockenelement in drei Schaltstellungen verschieben kann, da dadurch der Schaltvorgang nach einem Verschieben von einer ersten Schaltstellung in eine zweite Schaltstellung einfach abgebrochen werden kann. Besonders vorteilhaft kann dadurch eine Ventiltriebvorrichtung mit zwei Nockenelementen, die jeweils unabhängig voneinander in drei Schaltstellungen verschoben werden können, realisiert werden.
Ferner wird vorgeschlagen, dass der zumindest eine Aktuator elektromagnetisch ausgebildet ist. Dadurch kann ein kosten- günstiger und einfach ansteuerbarer Aktuator bereitgestellt werden. Insbesondere wird dabei vorgeschlagen, dass auch der Aktuator, der dazu vorgesehen ist, das erste Schaltelement in eine Neutralstellung zurückzubewegen, als ein elektromagnetischer Aktuator ausgebildet ist. Vorzugsweise sind sämtliche Aktuatoren der Betätigungsvorrichtung als elektromagnetische Aktuatoren ausgebildet.
Vorteilhafterweise ist die erste Schalteinheit dazu vorgesehen, das zumindest eine Nockenelement in eine erste Schaltrichtung zu verschieben. Dadurch kann eine einfache Betätigungsvorrichtung bereitgestellt werden. Insbesondere wird vorgeschlagen, dass die Schalteinheit dazu vorgesehen ist, das zumindest eine Nockenelement lediglich in die erste Schaltrichtung zu verschieben, wobei in einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung die Schalteinheit dazu vorgesehen ist, sämtliche Nockenelemente in die erste Schaltrichtung zu verschieben. Um das Nockenelement von einer Schaltstellung in eine andere Schaltstellung zu verschieben, wird vorzugsweise das Schaltelement in seine Schaltstellung bewegt, wodurch es in die Schaltkulisse eingreift und auf das Nockenelement eine axiale Kraft zur Verstellung des Nockenelements ausübt. Ist das Schaltelement in seiner Neutralstellung, verbleibt das Nockenelement in seiner Schaltstellung.
Weiter wird vorgeschlagen, dass die Betätigungsvorrichtung eine zweite Schalteinheit mit einem zweiten Schaltelement aufweist, das dazu vorgesehen ist, zumindest in einer Schaltstellung in die Schaltkulisse einzugreifen. Dadurch kann eine Flexibilität der Betätigungsvorrichtung erhöht werden.
Vorzugsweise ist die zweite Schalteinheit dazu vorgesehen, das zumindest eine Nockenelement in eine zweite Schaltrich¬ tung zu verschieben. Dadurch kann eine konstruktiv einfache Betätigungsvorrichtung bereitgestellt werden, die das zumindest eine Nockenelement in zwei Schaltrichtungen verschieben kann, wobei vorteilhafterweise die zweite Schaltrichtung der ersten Schaltrichtung entgegengesetzt ist. Insbesondere soll die zweite Schalteinheit dazu vorgesehen sein, das zumindest eine Nockenelement lediglich in die zweite Schaltrichtung zu verschieben.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung wird vorgeschlagen, dass die zweite Schalteinheit einen Aktuator aufweist, der dazu vorgesehen ist, das zweite Schaltelement in eine Schaltstellung zu bewegen. Dadurch kann das weitere Schaltelement einfach bewegt werden, wobei vorzugsweise der zweite Aktuator analog zu dem ersten Aktuator ausgeführt ist.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn der Aktuator der zweiten Schalteinheit zumindest teilweise einteilig mit dem Aktuator ausgeführt ist, der dazu vorgesehen ist, das erste Schaltelement in die Neutralstellung zu bewegen. Dadurch kann auf einen zusätzlichen Aktuator, der lediglich zum Zurückstellen in die Neutralstellung vorgesehen ist, verzichtet werden, wodurch Kosten für die Betätigungsvorrichtung gesenkt werden können.
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung wird vorgeschlagen, dass der erste Aktuator dazu vorgesehen ist, das zweite Schaltelement in eine Neutralstellung zu bewegen. Dadurch kann vorteilhafterweise auch das zweite Schaltelement unabhängig von der Schaltkulisse zurückgestellt werden.
Vorzugsweise weist die Betätigungsvorrichtung ein Koppelelement auf, das dazu vorgesehen ist, das erste Schaltelement und das zweite Schaltelement bewegungstechnisch zu koppeln. Dadurch kann eine besonders vorteilhafte, erfindungsgemäße Ausgestaltung erreicht werden, bei der insbesondere ein Schaltvorgang unabhängig von der Schaltrichtung unterbrochen werden kann.
Insbesondere wird vorgeschlagen, dass das Koppelelement dazu vorgesehen ist, das erste Schaltelement und das zweite Schaltelement komplementär zu koppeln. Dadurch kann vorteilhaft eine Bewegung des einen Schaltelements dazu verwendet werden, das andere Schaltelement in die Neutralstellung zu bewegen.
Ferner wird vorgeschlagen, die erste Schalteinheit und die zweite Schalteinheit zumindest teilweise einstückig auszuführen. Dadurch können Baukosten und Bauteile für die Betätigungsvorrichtung eingespart werden.
Insbesondere wird vorgeschlagen, dass die erste Schalteinheit und die zweite Schalteinheit zumindest ein gemeinsames Grundgehäuseteil aufweisen. Dadurch kann eine Ausführung mit einem vorteilhaft kleinen Bauraum gefunden werden. Insbesondere ist es dabei vorteilhaft, wenn die beiden Aktuatoren in dem gemeinsamen Grundgehäuseteil angeordnet sind.
Weiter wird vorgeschlagen, dass die erste Schalteinheit und die zweite Schalteinheit einen gemeinsamen Stator aufweisen. Dadurch kann eine besonders einfache Ausführung erreicht werden.
Außerdem wird vorgeschlagen, dass die Betätigungsvorrichtung dazu vorgesehen ist, das Nockenelement in zumindest drei Schaltstellungen zu schalten. Dadurch kann eine Ventiltrieb¬ vorrichtung realisiert werden, die aufgrund einer hohen An¬ zahl von Schaltstellungen flexibel auf unterschiedliche Betriebsmodi der Brennkraftmaschine angepasst werden kann. Weitere Vorteile ergeben sich aus der folgenden Zeichnungsbeschreibung. In den Zeichnungen ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Die Zeichnungen, die Beschreibung und die Ansprüche enthalten zahlreiche Merkmale in Kombination. Der Fachmann wird die Merkmale zweckmäßigerweise auch einzeln betrachten und zu sinnvollen weiteren Kombinationen zusammenfassen.
Dabei zeigen:
Fig. 1 schematisch eine Schaltkulisse einer Betätigungsvorrichtung einer Ventiltriebvorrichtung in einer planaren Ansicht,
Fig. 2 eine Kulissenbahn der Schaltkulisse in einem Querschnitt,
Fig. 3 die Ventiltriebvorrichtung in einer schematisierten Übersicht,
Fig. 4 eine Schalteinheit der Betätigungsvorrichtung,
Fig. 5 eine Kulissenbahn einer weiteren Schaltkulisse, und
Fig. 6 eine Betätigungsvorrichtung einer Ventiltriebvorrichtung mit zwei Schalteinheiten in einem Querschnitt,
Fig. 7 die Betätigungsvorrichtung in einer perspektivischen Darstellung,
Fig. 8 schematisch eine Schaltkulisse in einer planaren Ansicht, und
Fig. 9 eine schematisierte Übersicht der Ventiltriebvorrichtung.
Figur 1 zeigt eine Schaltkulisse 13a einer Betätigungsvorrichtung 10a einer Ventiltriebvorrichtung. Die Betätigungsvorrichtung 10a ist dazu vorgesehen, zwei Nockenelemente IIa, 12a, die axial verschiebbar und drehfest auf einer Grund¬ nockenwelle 42a angeordnet sind, zu bewegen. Um die Nocken- elemente IIa, 12a zu bewegen weist die Betätigungsvorrichtung 10a eine erste Schalteinheit 22a und eine zweite Schalteinheit 23a auf, die mittels der Schaltkulisse 13a die Nockenelemente IIa, 12a verschieben können.
Die Schaltkulisse 13a weist eine erste Kulissenbahn 43a und eine zweite Kulissenbahn 44a auf. Die Kulissenbahnen 43a, 44a, mittels denen die Nockenelemente IIa, 12a verschoben werden können, sind als nutförmige Vertiefungen ausgeführt und direkt in die Nockenelemente IIa, 12a eingebracht. Um die Nockenelemente IIa, 12a sequentiell zu verschieben, sind die Nockenelemente IIa, 12a in einem Bereich, in dem sie aneinan- dergrenzen, L-förmig und axial sich überschneidend ausgeführt (vgl. Fig. 3) . In Umfangsrichtung nimmt im Bereich der Kulissenbahnen 43a, 44a jedes Nockenelement IIa, 12a einen Drehwinkel von 180° Grad ein. Die Kulissenbahnen 43a, 44a, die sich über einen Drehwinkel größer als 359° Grad erstrecken, sind jeweils zum Teil auf dem Nockenelement IIa und zum Teil auf dem Nockenelement 12a angeordnet.
Beide Kulissenbahnen 43a, 44a weisen eine Grundform mit einer vierfach S-förmigen Struktur auf (vgl. Fig. 1) . Beide Kulissenbahnen 43a, 44a weisen je ein Einspursegment 45a, 46a, vier Schaltsegmente 34a-41a, drei Zwischensegmente 14a-19a und ein Ausspursegment 32a, 33a auf. Die Schaltsegmente 34a, 36a, 38a, 40a der ersten Kulissenbahn 43a weisen eine axiale Richtungskomponente auf, die einer ersten Schaltrichtung entgegengesetzt ist, wodurch mittels der Schaltsegmente 34a, 36a, 38a, 40a und einer Drehbewegung des Nockenelements IIa eine axiale Kraft zum Schalten in die erste Schaltrichtung erzeugt werden kann. Die Schaltsegmente 35a, 37a, 39a, 41a der zweiten Kulissenbahn 44a weisen eine axiale Richtungskomponente auf, die axial entgegengesetzt zu einer zweiten Schaltrichtung gerichtet ist, wodurch analog eine axiale Kraft zum Schalten in die zweite Schaltrichtung erzeugt werden kann.
In der ersten Kulissenbahn 43a sind nachfolgend auf das Einspursegment 45a wechselweise eines der Schaltsegmente 34a, 36a, 38a, 40a und eines der Zwischensegmente 14a, 16a, 18a angeordnet, wobei unmittelbar auf das Einspursegment 45a das Schaltsegment 34a folgt. Unmittelbar nach dem letzen Schaltsegment 40a ist das Ausspursegment 32a angeordnet. Das Einspursegment 45a weist eine zunehmende radiale Tiefe auf. Die Schaltsegmente 34a, 36a, 38a, 40a weisen eine konstante radiale Tiefe auf. Das Ausspursegment 33a weist eine abnehmende radiale Tiefe auf. Durch die abnehmende radiale Tiefe des Ausspursegments 33a wird ein Schaltelement 20a der ersten Schalteinheit 22a in seine Neutralstellung, in der es sich außerhalb eines Eingriffs in die Schaltkulisse 13a befindet, zurückbewegt .
Das Einspursegment 45a, die Zwischensegmente 14a, 16a, 18a und das Ausspursegment 32a sind jeweils zum Teil auf dem Nockenelement IIa und zum Teil auf dem Nockenelement 12a angeordnet. Die Schaltsegmente 34a, 36a, 38a, 40a sind jeweils vollständig auf einem der Nockenelemente IIa, 12a angeordnet, wobei aufeinander folgende Schaltsegmente 34a, 36a, 38a, 40a wechselweise auf den Nockenelementen IIa, 12a angeordnet sind. Das Schaltsegment 34a und das Schaltsegment 38a sind dazu vorgesehen, das Nockenelement IIa zu verschieben. Das Schaltsegment 36a und das Schaltsegment 40a sind dazu vorgesehen, das Nockenelement 12a zu verschieben.
Die zweite Kulissenbahn 44a ist analog zu der ersten Kulis¬ senbahn 43a ausgebildet. Nachfolgend auf das Einspursegment 46a sind ebenfalls wechselweise eines der Schaltsegmente 35a, 37a, 39a, 41a und eines der Zwischensegmente 15a, 17a, 19a angeordnet. Auf das letzte Schaltsegment 41a folgt unmittelbar das Ausspursegment 33a. Das Einspursegment 46a, die Zwischensegmente 15, 17a, 19a und das Ausspursegment 33a sind jeweils zum Teil auf dem Nockenelement IIa und zum Teil auf dem Nockenelement 12a angeordnet. Die Schaltsegmente 35a, 37a, 39a, 41a sind jeweils vollständig auf einem der Nockenelemente IIa, 12a angeordnet, wobei aufeinanderfolgende Schaltsegmente 35a, 37a, 39a, 41a wechselweise auf dem der Nockenelemente IIa, 12a angeordnet sind, das sie verschieben können.
Mittels der Schaltsegmente 34a-41a sind drei verschiedene Schaltstellungen der Nockenelemente IIa, 12a schaltbar (vgl. Fig. 4) . Das Nockenelement IIa und das Nockenelement 12a weisen jeweils zumindest eine Nockeneinheit 47a, 51a mit drei Teilnocken 48a-50a, 52a-54a auf. Die Teilnocken 48a-50a, 52a- 54a weisen eine unterschiedliche Hubhöhe auf und sind Schaltstellungen der Nockenelemente IIa, 12a zuordenbar.
Die Teilnocken 48a, 52a mit der höchsten Hubhöhe sind Schaltstellungen mit einem Vollhub zugeordnet. Die Teilnocken 49a, 53a mit einer mittleren Hubhöhe sind Schaltstellungen mit einem Teilhub zugeordnet. Die Teilnocken 50a, 54a mit der geringsten Hubhöhe, die vorteilhafterweise gleich Null ist, sind Schaltstellungen mit einem Nullhub zugeordnet. Die Teilnocken 48a, 52a mit der höchsten Hubhöhe und die Teilnocken 50a, 54a mit der geringsten Hubhöhe sind in den entsprechenden Nockeneinheiten 47a, 51a außen angeordnet. Die Teilnocken 49a, 53a mit der mittleren Hubhöhe sind zwischen den anderen Teilnocken 48a, 50a, 52a, 54a der entsprechenden Nockeneinheit 47a, 51a angeordnet.
Zum Verschieben der Nockenelemente IIa, 12a weist die Betäti¬ gungsvorrichtung 10a die beiden Schalteinheiten 22a, 23a auf. Die erste Schalteinheit 22a weist einen ersten Aktuator 55a und das erste Schaltelement 20a auf. Das Schaltelement 20a ist teilweise als ein Schaltpin 56a ausgeformt, der in einer Schaltstellung des ersten Schaltelements 20a ausgefahren ist. In der Schaltstellung greift der Schaltpin 56a in die erste Kulissenbahn 43a der Schaltkulisse 13a ein. Mittels der ersten Schalteinheit 22a und der ersten Kulissenbahn 43a können die Nockenelemente IIa, 12a in die erste Schaltrichtung verschoben werden.
Der erste Aktuator 55a, der das erste Schaltelement 20a bewegt, weist eine Elektromagneteinheit 61a auf. Die Elektromagneteinheit 61a umfasst eine Spule 62a, die in einem Stator 63a der Elektromagneteinheit 61a angeordnet ist. Mittels der Spule 62a kann ein magnetisches Feld erzeugt werden, das mit einem Permanentmagneten 64a wechselwirkt, der in dem Schaltelement 20a angeordnet ist. Dadurch kann das Schaltelement 20a mit dem Schaltpin 56a ausgefahren werden. Ein Kern 65a verstärkt das durch die Elektromagneteinheit 61a erzeugte magnetische Feld.
Ist die Spule 62a unbestromt, wechselwirkt der Permanentmagnet 64a mit dem umgebenden Material. In der Neutralstellung wechselwirkt der Permanentmagnet 64a mit dem Kern 65a der E- lektromagneteinheit 61a, der aus einem magnetisierbaren Material besteht. In der Schaltstellung wechselwirkt der Permanentmagnet 64a mit dem Stator 63a des Aktuators 55a. In einem unbestromten Betriebszustand stabilisiert der Permanentmagnet 64a das Schaltelement 20a in der Schaltstellung, bzw. der Neutralstellung.
In einem Betriebszustand, in dem die Elektromagneteinheit 61a bestromt ist, wechselwirkt der Permanentmagnet 64a mit dem Feld der Elektromagneteinheit 61a. Abhängig von einer Polari- sierung des Permanentmagneten 64a und der Elektromagneteinheit 61a kann dabei eine anziehende Kraft und eine abstoßende Kraft realisiert werden. Eine Polarisierung der Elektromagneteinheit 61a lässt sich mittels einer Stromrichtung, mit der die Elektromagneteinheit 61a bestromt wird, ändern. Um das Schaltelement 20a von seiner Neutralstellung in die Schaltstellung auszufahren, wird die Elektromagneteinheit 61a in der Stromrichtung bestromt, in der zwischen der Elektromagneteinheit 61a und dem Permanentmagneten 64a die abstoßende Kraft entsteht.
Weiter ist in dem Aktuator 55a eine Federeinheit 66a angeordnet, die ebenfalls eine Kraft auf das Schaltelement 20a ausübt. Die Kraft der Federeinheit 66a ist in eine Richtung gerichtet, die einer Richtung der abstoßenden Kraft zwischen der Elektromagneteinheit 61a und dem Permanentmagneten 64a entspricht, wodurch ein Ausfahrvorgang des Schaltelements 20a beschleunigt wird.
Die zweite Schalteinheit 23a ist analog zu der ersten Schalteinheit 22a. Die zweite Schalteinheit weist einen Schaltpin auf, der in eine Schaltstellung eines Schaltelements 21a in die Kulissenbahn 44a eingreift. Mittels der zweiten Schalteinheit 23a und der zweiten Kulissenbahn 44a können die Nockenelemente IIa, 12a in die zweite, der ersten Schaltrichtung entgegengesetzten Schaltrichtung verschoben werden.
Die Nockenelemente IIa, 12a sind über die Schaltkulisse bewe¬ gungstechnisch teilweise miteinander gekoppelt. Mittels der Betätigungsvorrichtung 10a können die Nockenelemente IIa, 12a sequentiell verschoben werden. Die Nockenelemente IIa, 12a werden dabei in Abhängigkeit von einem Drehwinkel der Grundnockenwelle 42a verschoben. In der ersten Schaltrichtung wird zunächst das erste Nockenelement IIa verschoben, und an- schließend, wenn das erste Nockenelement IIa vollständig verschoben ist, wird das zweite Nockenelement 12a verschoben. In der zweiten Schaltrichtung wird zunächst das zweite Nockenelement 12a und anschließend das erste Nockenelement IIa verschoben.
Das erste Nockenelement IIa ist zweiteilig ausgeführt und weist zwei Nockenelementteile 58a, 59a auf, die beidseitig von dem zweiten Nockenelement 12a angeordnet sind. Die Nockenelementteile 58a, 59a sind mittels einer innen liegenden Koppelstange 60a für eine axiale Bewegung fest miteinander verbunden. Grundsätzlich ist auch denkbar, die beiden Nockenelementteile 58a, 59a benachbart anzuordnen und einstückig auszuführen.
Um die Schaltelemente 20a, 21a zu einem Zeitpunkt, der unabhängig von den Ausspursegmenten 32a, 33a ist, zurückziehen zu können, weist jedes Zwischensegment 14a-19a der Kulissenbahnen 43a, 44a der Schaltkulisse 13a jeweils ein Rückstellelement 25a-30a auf (vgl. Fig. 1) . Mittels der Rückstellelemente 25a-30a kann das Schaltelement 20a, 21a, das in die entsprechende Kulissenbahn 43a, 44a eingreift, in seine Neutralstellung zurückverschoben werden. Die Rückstellelemente 25a, 30a bilden somit eine Rückstelleinheit 67a, mittels der ein Schaltvorgang vorzeitig beendet werden kann.
Die Rückstellelemente 25a-30a sind alle gleich ausgeführt, weshalb die folgende Beschreibung des Rückstellelements 25a auch auf die restlichen Rückstellelemente 26-3Oa analog übertragen werden kann. Das Rückstellelement 26a ist als eine Erhebung über einem Kulissenbahngrundniveau 68a ausgeführt und vollständig in der Kulissenbahn 43a angeordnet. Im Bereich des Rückstellelements 26a nimmt eine radiale Höhe 24a eines Kulissenbahngrunds 69a zu bzw. eine radiale Tiefe der Kulis- senbahn ab. Eine radiale Erstreckung 31a der Kulissenbahnen 43a, 44a, die durch einen Abstand zwischen einem Schaltkulis- sengrundniveau 57a gebildet ist und die der radialen Tiefe der Kulissenbahnen 43a, 44a entspricht, ist dabei stets größer als Null (vgl. Fig. 2) .
Durch die Rückstellelemente 25a-30a können die beiden Nockenelemente IIa, 12a in beliebige Schaltstellungen geschaltet werden. Soll beispielsweise das erste Nockenelement IIa von der Schaltstellung mit Nullhub in die Schaltstellung mit Vollhub und das zweite Nockenelement 12a von der Schaltstellung mit Nullhub in die Schaltstellung mit Teilhub geschaltet werden, wird das erste Schaltelement 20a ausgefahren und mittels des Einspursegments 45a in Eingriff mit der ersten Kulissenbahn 43a gebracht.
Durch das nachfolgende Schaltsegment 34a wird das erste Nockenelement IIa von der Schaltstellung mit Nullhub in die Schaltstellung mit Teilhub bewegt. Auf das Schaltsegment 34a folgt das Zwischensegment 14a mit dem Rückstellelement 25a nach. Um zu verhindern, dass das Schaltelement 20a mittels des Rückstellelements 25a in die Neutralstellung bewegt wird, wird die Elektromagneteinheit 61a des ersten Aktuators 55a bestromt und das Schaltelement 20a folgt einer Kontur des Zwischensegments 14a. Anschließend wird mittels des nachfolgenden Schaltsegments 35a das zweite Nockenelement 12a von der Schaltstellung mit Nullhub in die Schaltstellung mit Teilhub bewegt. Auf das Schaltsegment 35a folgt das Zwischensegment 15a mit dem Rückstellelement 26a nach. Während das Schaltelement 20a das Zwischensegment 15a durchläuft, wird der Aktuator 55a wieder bestromt und das Schaltelement 20a folgt einer Kontur des Zwischensegments 15a. Durch das nach¬ folgende Schaltsegment 36a wird das erste Nockenelement IIa von der Schaltstellung mit Teilhub in die Schaltstellung mit Vollhub geschaltet. Auf das Schaltsegment 36a folgt das Zwischensegment 16a mit dem Rückstellelement 27a. Während das Schaltelement 20a das Zwischensegment 16a durchläuft, wird auf eine Bestromung des Aktuators 55a verzichtet. Dadurch wird das Schaltelement 20a von dem Rückstellelement 27a in seine Neutralstellung zurückbewegt, wodurch das Schaltelement 20a außerhalb eines Eingriffs in die Kulissenbahn 43a steht und das zweite Nockenelement 12a in der Schaltstellung mit Teilhub verbleibt.
Analog zu dem dargestellten Schaltvorgang sind weitere Schaltvorgänge realisierbar. Da diese nach einem gleichen Schema ablaufen und sich unmittelbar aus der obigen Beschreibung, bzw. den Figuren ergeben, soll an dieser Stelle auf eine ausführliche Beschreibung verzichtet werden.
Figur 5 zeigt eine Kulissenbahn 43b einer Schaltkulisse 13b die jeweils ein Schaltsegment 34b, 36b je Nockenelement IIb, 12b aufweist, mittels dem das entsprechende Nockenelement IIb, 12b von einer Schaltstellung mit Teilhub in eine Schaltstellung mit Vollhub geschaltet werden kann. Bei einer derartigen Ausgestaltung kann ein Zwischensegment 14b mit einem Rückstellelement 25b vorteilhafterweise dazu verwendet werden, das eine Nockenelement IIb in die Schaltstellung mit Teilhub und das andere Nockenelement 12b in die Schaltstellung mit Vollhub zu schalten.
Eine zweite Kulissenbahn 12b der Schaltkulisse, mittels der die Nockenelemente IIb, 12b von der Schaltstellung mit Vollhub in die Schaltstellung mit Teilhub geschalten werden können, ist analog ausgestaltet und hier nicht näher dargestellt. Figur 6 und Figur 7 zeigen eine Betätigungsvorrichtung 10 einer Ventiltriebvorrichtung. Die Betätigungsvorrichtung 10 ist dazu vorgesehen, zwei Nockenelemente 11, 12, die axial verschiebbar und drehfest auf einer Grundnockenwelle 23 angeordnet sind, zu bewegen. Um die Nockenelemente 11, 12 zu bewegen weist die Betätigungsvorrichtung 10 eine erste und eine zweite Schalteinheit 13, 18 auf, die mittels einer Schaltkulisse 16 die Nockenelemente 11, 12 verschieben können.
Die erste Schalteinheit 13 weist einen ersten Aktuator 15 und ein erstes Schaltelement 14 auf. Das Schaltelement 14 ist teilweise als ein Schaltpin 24 ausgeformt, der in einer Schaltstellung des ersten Schaltelements 14 ausgefahren ist. In der Schaltstellung greift der Schaltpin 24 in eine erste Kulissenbahn 25 der Schaltkulisse 16 ein. Mittels der ersten Schalteinheit 13 und der ersten Kulissenbahn 25 können die Nockenelemente 11, 12 in eine erste Schaltrichtung verschoben werden.
Die zweite Schalteinheit 18 weist einen zweiten Aktuator 17 und ein zweites Schaltelement 19 auf. Das zweite Schaltelement 19 ist ebenfalls teilweise als ein Schaltpin 26 ausgeformt, der in einer Schaltstellung des zweiten Schaltelements 19 ausgefahren ist. In der Schaltstellung greift der Schaltpin 26 in eine zweite Kulissenbahn 27 der Schaltkulisse 16 ein. Mittels der zweiten Schalteinheit 18 und der zweiten Kulissenbahn 27 können die Nockenelemente 11, 12 in eine zweite, der ersten Schaltrichtung entgegengesetzten Schaltrichtung verschoben werden.
Die Nockenelemente 11, 12 sind über die Schaltkulisse 16 be¬ wegungstechnisch teilweise miteinander gekoppelt. Mittels der Betätigungsvorrichtung 10 können die Nockenelemente 11, 12 sequentiell verschoben werden. Die Nockenelemente 11, 12 wer- den dabei in Abhängigkeit von einem Drehwinkel der Grund¬ nockenwelle 23 verschoben. In der ersten Schaltrichtung wird zunächst das erste Nockenelement 11 verschoben, und anschließend, wenn das erste Nockenelement 11 vollständig verschoben ist, wird das zweite Nockenelement 12 verschoben. In der zweiten Schaltrichtung wird zunächst das zweite Nockenelement 12 und anschließend das erste Nockenelement 11 verschoben.
Das erste Nockenelement 11 ist zweiteilig ausgeführt und weist zwei Nockenelementteile 28, 29 auf, die beidseitig von dem zweiten Nockenelement 12 angeordnet sind. Die Nockenelementteile 28, 29 sind mittels einer innen liegenden Koppelstange 30 für eine axiale Bewegung fest miteinander verbunden. Grundsätzlich ist es auch denkbar, die beiden Nockenelementteile 28, 29 benachbart anzuordnen und einstückig auszuführen.
Der erste Aktuator 15, der das erste Schaltelement 14 bewegt, weist eine Elektromagneteinheit 31 auf. Die Elektromagneteinheit 31 umfasst eine Spule 32, die in einem Stator 22 der E- lektromagneteinheit 31 angeordnet ist. Mittels der Spule 32 kann ein magnetisches Feld erzeugt werden, das mit einem Permanentmagneten 33 wechselwirkt, der in dem Schaltelement 14 angeordnet ist. Dadurch kann das Schaltelement 14 mit dem Schaltpin 24 ausgefahren werden. Ein Kern 34 verstärkt das durch die Elektromagneteinheit 31 erzeugte magnetische Feld.
Ist die Spule 32 unbestromt, wechselwirkt der Permanentmagnet 33 mit dem umgebenden Material. In der Neutralstellung wechselwirkt der Permanentmagnet 33 mit dem Kern 34 der Elektromagneteinheit 31, der aus einem magnetisierbaren Material be¬ steht. In der Schaltstellung wechselwirkt der Permanentmagnet 33 mit dem Stator 22 des Aktuators 15. In einem unbestromten Betriebszustand stabilisiert der Permanentmagnet 33 das Schaltelement 14 in der Schaltstellung, bzw. der Neutralstellung.
In einem Betriebszustand, in dem die Elektromagneteinheit 31 bestromt ist, wechselwirkt der Permanentmagnet 33 mit dem Feld der Elektromagneteinheit 31. Abhängig von einer Polarisierung des Permanentmagneten 33 und der Elektromagneteinheit 31 kann dabei eine anziehende Kraft und eine abstoßende Kraft realisiert werden. Eine Polarisierung der Elektromagneteinheit 31 lässt sich mittels einer Stromrichtung, mit der die Elektromagneteinheit 31 bestromt wird, ändern. Um das Schaltelement 14 von seiner Neutralstellung in die Schaltstellung auszufahren, wird die Elektromagneteinheit 31 in der Stromrichtung bestromt, in der zwischen der Elektromagneteinheit 31 und dem Permanentmagneten 33 die abstoßende Kraft entsteht.
Weiter ist in dem Aktuator 15 eine Federeinheit 35 angeordnet, die ebenfalls eine Kraft auf das Schaltelement 14 ausübt. Die Kraft der Federeinheit 35 ist in eine Richtung gerichtet, die einer Richtung der abstoßenden Kraft zwischen der Elektromagneteinheit 31 und dem Permanentmagneten 33 entspricht, wodurch ein Ausfahrvorgang des Schaltelements 14 beschleunigt wird.
Der zweite Aktuator 17 ist analog zum ersten Aktuator 15 aufgebaut. Er umfasst eine Elektromagneteinheit 36, die eine in dem gemeinsam für beide Aktuatoren 15, 17 ausgeführten Stator 22 angeordnete Spule 37 mit einem magnetisierbaren Kern 38 aufweist, die mit einem in dem Schaltelement 19 angeordneten Permanentmagneten 39 wechselwirkt und den Schaltpin 26 ausfahren kann. Ein Ausfahrvorgang wird auch bei dem Aktuator 17 durch eine Federeinheit 40 beschleunigt. Die beiden Aktuatoren 15, 17 sind in einem gemeinsamen Grundgehäuseteil 21 angeordnet, das zugleich den einstückig ausgebildeten Stator 22 der Aktuatoren 15, 17 bildet. Die Spulen 32, 37 der Aktuatoren 15, 17 sind ebenfalls um das Grundgehäuseteil 21 gewickelt. An das Grundgehäuseteil 21 ist ein weiteres Gehäuseteil 41 angebunden. Das weitere Gehäuseteil 41 umschließt beide Aktuatoren 15, 17. Außerdem weist das Gehäuseteil 41 Führungen für die Schaltelemente 14, 19 auf.
Die Kulissenbahnen 25, 27, mittels denen die Nockenelemente 11, 12 verschoben werden, sind als nutförmige Vertiefungen ausgeführt und direkt in die Nockenelemente 11, 12 eingebracht. Um die Nockenelemente 11, 12 sequentiell zu verschieben, sind die Nockenelemente 11, 12 in einem Bereich, in dem sie aneinandergrenzen, L-förmig und axial sich überschneidend ausgeführt. In Umfangsrichtung nimmt im Bereich der Kulissenbahnen 25, 27 jedes Nockenelement 11, 12 einen Drehwinkel von 180° Grad ein. Die Kulissenbahnen 25, 27, die sich über einen Drehwinkel größer als 360° Grad erstrecken, sind jeweils zum Teil auf dem Nockenelement 11 und zum Teil auf dem Nockenelement 12 angeordnet.
Beide Kulissenbahnen 25, 27 weisen eine Grundform mit einer vierfach S-förmigen Struktur auf (vgl. Fig. 8) . Beide Kulissenbahnen 25, 27 weisen je ein Einspursegment 42, 43, vier Schaltsegmente 44-51, drei Zwischensegmente 52-57 und ein Ausspursegment 58, 59 auf. Die Schaltsegmente 44, 46, 48, 50 der ersten Kulissenbahn 25 weisen eine axiale Richtungskomponente auf, die der ersten Schaltrichtung entgegengesetzt ist, wodurch mittels der Schaltsegmente 44, 46, 48, 50 und einer Drehbewegung eine axiale Kraft zum Schalten in die erste Schaltrichtung erzeugt werden kann. Die Schaltsegmente 45, 47, 49, 51 der zweiten Kulissenbahn 27 weisen eine axiale Richtungskomponente auf, die axial entgegengesetzt zu der zweiten Schaltrichtung gerichtet ist, wodurch analog eine a- xiale Kraft zum Schalten in die zweite Schaltrichtung erzeugt werden kann.
In der ersten Kulissenbahn 25 sind nachfolgend auf das Einspursegment 42 wechselweise eines der Schaltsegmente 44, 46, 48, 50 und eines der Zwischensegmente 52, 54, 56 angeordnet, wobei unmittel auf das Einspursegment 42 das Schaltsegment 44 folgt. Unmittelbar nach dem letzen Schaltsegment 48 ist das Ausspursegment 58 angeordnet. Das Einspursegment 42 weist eine zunehmende radiale Tiefe auf. Die Zwischensegmente 52, 54, 56 und die Schaltsegmente 44, 46, 48, 50 weisen eine konstante radiale Tiefe auf. Das Ausspursegment 58 weist eine abnehmende radiale Tiefe auf. Durch die abnehmende radiale Tiefe des Ausspursegments 58 wird das Schaltelement 14 der Schalteinheit 13 wieder in seine Neutralstellung, in der es sich außerhalb eines Eingriffs in die Schaltkulisse 16 befindet, zurückbewegt.
Das Einspursegment 42, die Zwischensegmente 52, 54, 56 und das Ausspursegment 58 sind jeweils zum Teil auf dem Nockenelement 11 und zum Teil auf dem Nockenelement 12 angeordnet. Die Schaltsegmente 44, 46, 48, 50 sind jeweils vollständig auf einem der Nockenelemente 11, 12 angeordnet, wobei aufeinander folgende Schaltsegmente 44, 46, 48, 50 wechselweise auf den Nockenelementen 11, 12 angeordnet sind. Das Schaltsegment 44 und das Schaltsegment 48 sind dazu vorgesehen, das Nockenelement 11 zu verschieben. Das Schaltsegment 46 und das Schaltsegment 50 sind dazu vorgesehen, das Nockenelement 12 zu verschieben.
Die zweite Kulissenbahn 27 ist analog zu der ersten Kulissen¬ bahn 25 ausgebildet. Nachfolgend auf das Einspursegment 43 sind ebenfalls wechselweise eines der Schaltsegmente 45, 47, 49, 51 und eines der Zwischensegmente 53, 55, 57 angeordnet, auf das letzte Schaltsegment 57 folgt unmittelbar das Ausspursegment 59. Das Einspursegment 43, die Zwischensegmente 53, 55, 57 und das Ausspursegment 59 sind jeweils zum Teil auf dem Nockenelement 11 und zum Teil auf dem Nockenelement 12 angeordnet. Die Schaltsegmente 45, 47, 49, 51 sind jeweils vollständig auf einem der Nockenelemente 11, 12 angeordnet, wobei aufeinanderfolgende Schaltsegmente 45, 47, 49, 51 wechselweise auf dem Nockenelemente 11, 12 angeordnet sind, das sie verschieben können.
Mittels der Schaltsegmente 44-51 sind drei verschiedene Schaltstellungen der Nockenelemente 11, 12 schaltbar (vgl. Fig. 9) . Das Nockenelement 11 und das Nockenelement 12 weisen jeweils zumindest eine Nockeneinheit 60, 64 mit drei Teilnocken 61-63, 65-67 auf. Die Teilnocken 61-63, 65-67 weisen eine unterschiedliche Hubhöhe auf und sind den Schaltstellungen der Nockenelemente 11, 12 zuordenbar.
Die Teilnocken 61, 65 mit der höchsten Hubhöhe sind den Schaltstellungen mit einem Vollhub zugeordnet. Die Teilnocken 62, 66 mit einer mittleren Hubhöhe sind den Schaltstellungen mit einem Teilhub zugeordnet. Die Teilnocken 63, 67 mit der geringsten Hubhöhe, die vorteilhafterweise gleich Null ist, sind den Schaltstellungen mit einem Nullhub zugeordnet. Die Teilnocken 61, 65 mit der höchsten Hubhöhe und die Teilnocken mit der geringsten Hubhöhe 63, 67 sind in den entsprechenden Nockeneinheiten 60, 64 außen angeordnet. Die Teilnocken 62, 66 mit der mittleren Hubhöhe sind zwischen den anderen Teilnocken 61, 63, 65, 67 der entsprechenden Nockeneinheit angeordnet .
Um die Schaltelemente 14, 19 zu einem Zeitpunkt, der unabhän¬ gig von den Ausspursegmenten 58, 59 ist, zurückziehen zu kön- nen, weist die Betätigungsvorrichtung 10 ein Koppelelement 20 auf, mittels dem das erste Schaltelement 14 und das zweite Schaltelement 19 bewegungstechnisch miteinander gekoppelt sind (vgl. Fig. 6 und Fig. 7) . Das Koppelelement 20 koppelt die beiden Schaltelemente 14, 19 komplementär miteinander. Dadurch kann das zweite Schaltelement 19 mittels des ersten Aktuators 15 und das erste Schaltelement 14 mittels des zweiten Aktuators 17 in die Neutralstellung bewegt werden. Das Koppelelement 20 bildet somit einen Teil einer Rückstelleinheit 68, mittels der die Schaltelemente 14, 19 in die Neutralstellungen zurückgestellt werden können und somit ein Schaltvorgang vorzeitig beendet werden kann.
Das Koppelelement 20 ist drehbar zwischen den Schaltelementen 14, 19 befestigt. Die beiden Schaltelemente 14, 19 weisen jeweils eine Ausnehmung 69, 70 auf, in die das Koppelelement 20 eingreift. Mittels den Ausnehmungen 69, 70 sind die Schaltelemente 14, 19 bewegungstechnisch miteinander verbunden. Das Koppelement 20 stellt dabei einen Wippmechanismus bereit, der die Schaltelemente 14, 19 komplementär koppelt.
Das zweite Schaltelement 19 wird mittels des ersten Aktuators 15 in die Neutralstellung bewegt, indem das erste Schaltelement 14 in die Schaltstellung bewegt wird. Das erste Schaltelement 14 wird mittels des zweiten Aktuators 17 in die Neutralstellung bewegt, indem das zweite Schaltelement 19 in die Schaltstellung bewegt wird. Grundsätzlich können aber auch beide Schaltelemente 14, 19 mittels der Ausspursegmente 58, 59 in die Grundstellung zurückbewegt werden. Weiter ist es vorteilhaft, wenn der Aktuator 15, 17 des Schaltelements 14, 19, das in die Neutralstellung bewegt werden soll, zusätzlich in der Stromrichtung bestromt wird, in der die Elektromagneteinheit 31, 36 eine anziehenden Kraft ausübt und die Bewegung des Schaltelements 14, 19 in die Neutralstellung unterstützt. Durch die Betätigungsvorrichtung 10 kann beispielsweise das Nockenelement 11 in die Schaltstellung mit Teilhub und das Nockenelement 12 in die Schaltstellung mit Nullhub geschaltet werden. Befinden sich beide Nockenelemente 11, 12 in der Schaltstellung mit Nullhub, wird das Schaltelement 14 der ersten Schalteinheit 13 ausgefahren und greift in die erste Kulissenbahn 25 ein. Mittels des auf das Einspursegment 42 nachfolgenden Schaltsegments 44 wird das Nockenelement 11 von der Schaltstellung mit Nullhub in die Schaltstellung mit Teilhub verschoben. Anschließend wird das Schaltelement 19 der zweiten Schalteinheit 18 ausgefahren. Das zweite Schaltelement 19 spurt in das Ausspursegment 59 der zweiten Kulissenbahn 27 ein. Dadurch wird das Schaltelement 14 der ersten Schalteinheit 13 in die Neutralstellung zurückbewegt. Das Schaltelement 19 der zweiten Schalteinheit 18 wird durch das Ausspursegment 59 wieder in seine Neutralstellung zurückbewegt .
Weitere mögliche Schaltvorgänge, wie beispielsweise ein Schaltvorgang, der das Nockenelement 11 in die Schaltstellung mit Vollhub und das Nockenelement 12 in die Schaltstellung mit Nullhub schaltet, erfolgen analog obigem Beispiel und ergeben sich direkt aus der Beschreibung und den Zeichnungen, weshalb an dieser Stelle auf eine ausführliche Beschreibung verzichtet werden kann.

Claims

Daimler AGPatentansprüche
1. Ventiltriebvorrichtung, insbesondere einer Brennkraftmaschine, mit einer Betätigungsvorrichtung (10, 10a; 10b), die dazu vorgesehen ist, zumindest ein axial verschiebbares Nockenelement (11, 12, IIa, 12a; IIb, 12b) zu bewegen, und die eine Schaltkulisse (13a; 13b, 16) zum Verschieben des Nockenelements (11, 12, IIa, 12a; IIb, 12b) und zumindest eine Schalteinheit (13, 18, 22a, 23a) mit einem Schaltelement (14, 19, 20a) und einem Aktuator (15, 17, 55a) aufweist, wobei das Schaltelement (14, 19, 20a) dazu vorgesehen ist, zumindest in einer Schaltstellung in die Schaltkulisse (13a; 13b, 16) einzugreifen, und der Aktuator (15, 17, 55a) dazu vorgesehen ist, das Schaltelement (14, 19, 20a) in die Schaltstellung zu bewegen, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltkulisse (13a; 13b, 16) wenigstens ein Zwischensegment (14a-19a; 14b, 15b, 52-57) aufweist, das dazu vorgesehen ist, einen Schaltvorgang zu beenden.
2. Ventiltriebvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Zwischensegment (14a-19a; 14b, 15b) dazu vorgesehen ist, ein Schaltelement (20a, 21a; 20b, 21b) einer Schalteinheit (22a, 23a; 22b, 23b) in eine Neutralstellung zu bewegen.
3. Ventiltriebvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Zwischensegment (14a-19a; 14b, 15b) in zumindest einem Teilabschnitt eine zunehmende radiale Höhe (24a; 24b) aufweist .
4. Ventiltriebvorrichtung zumindest nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Zwischensegment (14a-19a; 14b, 15b) ein Rückstellelement (25a-30a; 25b, 26b) aufweist, das dazu vorgesehen ist, das Schaltelement (20a, 21a; 20b, 21b) in die Neutralstellung zu bewegen.
5. Ventiltriebvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Zwischensegment (14a-19a; 14b, 15b) eine radiale
Erstreckung (31a; 31b) aufweist, die stets ungleich Null ist.
6. Ventiltriebvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltkulisse (13a; 13b) zumindest ein Ausspursegment (32a, 33a; 32b, 33b) aufweist, das dazu vorgesehen ist, den Schaltvorgang abzuschließen.
7. Ventiltriebvorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Ausspursegment (32a, 33a; 32b, 33b) und das Zwischensegment (14a-19a; 14b, 15b) voneinander getrennt sind.
8. Ventiltriebvorrichtung zumindest nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltkulisse (13a; 13b) zumindest ein Schaltsegment (36a-41a; 36b, 37b) aufweist, das zwischen dem Ausspursegment (32a, 33a; 32b, 33b) und dem Zwischensegment (14a-19a; 14b, 15b) angeordnet ist.
9. Ventiltriebvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Betätigungsvorrichtung (10a; 10b) dazu vorgesehen ist, das Nockenelement (IIa, 12a; IIb, 12b) in zumindest drei Schaltstellungen zu schalten.
10. Verfahren für eine Ventiltriebvorrichtung, insbesondere eines Kraftfahrzeugs, mit einer Betätigungsvorrichtung (10a; 10b), die dazu vorgesehen ist, zumindest ein axial verschiebbares Nockenelement (IIa, 12a; IIb, 12b) zu verschieben, und die eine Schaltkulisse (13a; 13b) zum Verschieben des Nockenelements (IIa, 12a; IIb, 12b) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass ein Schaltvorgang mittels wenigstens eines Zwischensegments (14a-19a; 14b, 15b) der Schaltkulisse (13a; 13b) beendet wird.
11. Ventiltriebvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Betätigungsvorrichtung (10) zumindest einen Aktuator (17) aufweist, der dazu vorgesehen ist, das erste Schaltelement (14) in eine Neutralstellung zu bewegen.
12. Ventiltriebvorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der zumindest eine Aktuator (15, 17) elektromagnetisch ausgebildet ist.
13. Ventiltriebvorrichtung nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Schalteinheit (13) dazu vorgesehen ist, das zumindest eine Nockenelement (11, 12) in eine erste Schaltrichtung zu verschieben.
14. Ventiltriebvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Betätigungsvorrichtung eine zweite Schalteinheit (18) mit einem zweiten Schaltelement (19) aufweist, das dazu vorgesehen ist, zumindest in einer Schaltstellung in die Schaltkulisse (16) einzugreifen.
15. Ventiltriebvorrichtung nach den Ansprüchen 13 und 14, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Schalteinheit (18) dazu vorgesehen ist, das zumindest eine Nockenelement (11, 12) in eine zweite Schaltrichtung zu verschieben.
16. Ventiltriebvorrichtung zumindest nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Schalteinheit (18) einen Aktuator (17) aufweist, der dazu vorgesehen ist, das zweite Schaltelement (19) in eine Schaltstellung zu bewegen.
17. Ventiltriebvorrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass der Aktuator (17) der zweiten Schalteinheit zumindest teilweise einteilig mit dem Aktuator (17) ausgeführt ist, der dazu vorgesehen ist, das erste Schaltelement (14) in die Neutralstellung zu bewegen.
18. Ventiltriebvorrichtung zumindest nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Aktuator (15) dazu vorgesehen ist, das zweite Schaltelement (19) in eine Neutralstellung zu bewegen.
19. Ventiltriebvorrichtung zumindest nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Betätigungsvorrichtung (10) ein Koppelelement (20) aufweist, das dazu vorgesehen ist, das erste Schaltelement (14) und das zweite Schaltelement (19) bewegungstechnisch zu koppeln.
20. Ventiltriebvorrichtung nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass das Koppelelement (20) dazu vorgesehen ist, das erste Schaltelement (14) und das zweite Schaltelement (19) komplementär zu koppeln.
21. Ventiltriebvorrichtung zumindest nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Schalteinheit (13) und die zweite Schalteinheit (18) zumindest teilweise einstückig ausgeführt sind.
22. Ventiltriebvorrichtung nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Schalteinheit (13) und die zweite Schalteinheit (18) zumindest ein gemeinsames Grundgehäuseteil (21) aufweisen.
23. Ventiltriebvorrichtung zumindest nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Schalteinheit (13) und die zweite Schalteinheit (18) einen gemeinsamen Stator (22) aufweisen.
24. Ventiltriebvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Betätigungsvorrichtung (10) dazu vorgesehen ist, das Nockenelement (11, 12) in zumindest drei Schaltstellungen zu schalten.
25. Verfahren für eine Ventiltriebvorrichtung, insbesondere einer Brennkraftmaschine, mit einer Betätigungsvorrichtung (10), die dazu vorgesehen ist, zumindest ein axial verschiebbares Nockenelement (11, 12) zu bewegen, und die zumindest eine erste Schalteinheit (13) mit einem ersten Schaltelement (14) und einem ersten Aktuator (15) aufweist, wobei das Schaltelement (14) dazu vorgesehen ist, zumindest in einer Schaltstellung in eine Schaltkulisse (16) einzugreifen, und der erste Aktuator (15) dazu vorgesehen ist, das Schaltelement (14) in die Schaltstellung zu bewegen, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Schaltelement (14) mittels eines Aktuators (17) in eine Neutralstellung bewegt wird.
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