WO2011157466A1

WO2011157466A1 - Aktorvorrichtung zur verstellung eines schiebenockensystems

Info

Publication number: WO2011157466A1
Application number: PCT/EP2011/056295
Authority: WO
Inventors: Andreas Nendel
Original assignee: Schaeffler Technologies Gmbh & Co. Kg
Priority date: 2010-06-16
Filing date: 2011-04-20
Publication date: 2011-12-22
Also published as: EP2582928B1; US8616167B2; US20130098318A1; DE102010024030A1; EP2582928A1

Abstract

Aktorvorrichtung eines Schiebenockensystems, mit zumindest einem Schiebenocken (2) und mit einem aus einem Gehäuse (6) herausragenden Eingriffsstift (9), wobei das Gehäuse (6) an einem Bauteil eines Zylinderkopfes oder an dem Zylinderkopf einer Brennkraftmaschine befestigbar ist, und der Eingriffsstift (9) mit zumindest einer Nut (3) des Schiebenockensystems kontaktierbar ist, die zumindest eine Auswurframpe (4) aufweist, und wobei der Eingriffsstift (9) innerhalb des Gehäuses (6) einen Permanenthaltemagneten (11) aufweist und daran anschließend von einem feststehenden durch eine elektrische Spule (7) magnetisierbaren Spulenkern (9) beherrscht ist und der Eingriffsstift (9) in Richtung zum Schiebenocken (2) federbelastet ist, und wobei zumindest an dem dem Schiebenocken (2) zugewandten Endbereich des Eingriffsstiftes (9) eine Betätigungseinrichtung eingebaut ist, die im Bereich des Auslaufs der Auswurfsrampe (4) zum Hochkreis (18) wirksam ist und eine Zusatzkraft auf den Eingriffsstift (9) in Richtung zum Gehäuse (6) erzeugt.

Description

Bezeichnung der Erfindung

Aktorvorrichtung zur Verstellung eines Schiebenockensystems

Beschreibung

Gebiet der Erfindung Aktorvorrichtung eines Schiebenockensystems, mit zumindest einem Schiebenocken und mit einem aus einem Gehäuse herausragenden Eingriffsstift, wobei das Gehäuse an einem Bauteil eines Zylinderkopfes oder an dem Zylinderkopf einer Brennkraftmaschine angeordnet ist, und der Eingriffsstift mit zumindest einer Nut des Schiebenockensystems kontaktierbar ist, die zumindest eine Auswurframpe aufweist, und wobei der Eingriffsstift innerhalb des Gehäuses einen Permanenthaltemagneten aufweist und daran anschließend von einem feststehenden durch eine elektrische Spule magnetisierbaren Spulenkern beherrscht ist und der Eingriffsstift in Richtung zum Schiebenocken federbelastet ist.

Hintergrund der Erfindung

Eine derartiger gattungsbildender Aktor ist aus der DE- 102 40 774 A1 bekannt. Ausgehend von der eingezogenen inneren Lage des Eingriffsstiftes erfolgt eine Aktivierung des Eingriffsstiftes durch Bestromung der Spule, wodurch ein magnetisches Feld erzeug wird, das dem Feld des Permanenthaltemagneten gegengerichtet ist und dieses verdrängt. Die Verdrängung des Feldes verursacht eine verringerte Haltekraft zwischen Permanenthaltemagnet und Spulenkern, so dass das durch die Spule erzeugte Magnetfeld und die Kraft der auf den Eingriffsstift wirkenden Feder den Eingriffsstift ausfahren lässt, so dass er in die Nut des Schiebenockensystems eingreift und, wie gewünscht, eine Verschiebung des Schiebenockens bewirkt.

Die Rückwärtsbewegung des Eingriffsstiftes in seine innere Endlage wird durch die Auswurframpe eingeleitet, die den Eingriffsstift gegen die Kraft der Feder soweit und mit solcher Beschleunigung von dem Schiebenocken weg bewegen soll, dass der Eingriffsstift bei abgeschalteter Bestromung der Spule durch den Permanenthaltemagneten und dessen Magnetfeld am Spulenkern festgehalten wird.

Problematisch bei dieser gattungsgemäßen Ausgestaltung ist, dass je nach Toleranzlage des Aktors radial zum Schiebenocken die Bewegung und Be- schleunigung des Eingriffsstiftes durch die Auswurfsrampe nicht ausreicht, dass dieser die innere Position erreicht und durch den Permanenthaltemagneten gegen die Kraft der Feder stabilisiert wird.

Weiterhin besteht das Problem, dass bei Schiebenockensystemen mit drei oder mehreren Schiebenocken mindestens zwei Eingriffsstifte vorgesehen sein müssen. Dabei wird ein geringer Abstand der Eingriffsstifte, der durch den Abstand der Gaswechselventile, den Abstand der Zylinder der Brennkraftmaschine und die Anzahl der Schiebenocken vorgegeben ist, verlangt. Durch den geringen Abstand ist das im Stand der Technik beschriebene Design des Aktors nicht mehr in der Lage den Eingriffsstift mit ausreichender Geschwindigkeit und Kraft zu bewegen und zu halten.

Aufgabe der Erfindung

Aufgabe der Erfindung ist es daher, einen Aktor mit den eingangs beschriebenen Merkmalen so zu verbessern, dass größere Toleranzen aufgefangen werden können und auch ein gewünschter geringerer Abstand der Eingriffsstifte zueinander sichergestellt werden kann. Zusammenfassung der Erfindung

Die Aufgabe der Erfindung wird dadurch gelöst, dass zumindest in dem dem Schiebenocken zugewandten Endbereich des Eingriffsstiftes eine Betätigungseinrichtung eingebaut ist, die im Bereich des Auslaufs der Auswurfsrampe zum Hochkreis wirksam ist und eine Zusatzkraft auf den Eingriffsstift in Richtung zum Gehäuse erzeugt. Die Betätigungseinrichtung erzeugt zu der durch die Auswurframpe eingeleiteten Kraft eine Zusatzkraft, durch die der Eingriffsstift die innere Endlage sicher erreicht. Dadurch sind die Toleranzen, die beim Einbau der elektrisch betätigbaren Vorrichtung entstehen, ohne nennenswerten Einfluss auf die Betätigung des Eingriffsstiftes, sodass die Toleranzen nicht besonders eng ge- halten werden müssen. Des Weiteren können die Abmessungen der im Gehäuse einbebauten Teile, insbesondere des Permanenthaltemagneten am Eingriffsstift kleiner gehalten werden, so dass auch ein geringer Abstand der Eingriffsstifte zueinander verwirklicht werden kann. In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird vorgeschlagen, dass der Eingriffsstift an seinem dem Schiebenocken zugewandten Ende eine Öffnung aufweist, in der ein Betätigungsglied verschiebbar angeordnet ist, das in Richtung zum Schiebenocken mittels einer Rückstellfeder belastet ist. Dabei ist die Lage und der Wege des Betätigungsgliedes und die Kraft der Feder so bemessen, dass es, insbesondere im Bereich der Auswurframpe, zusammengedrückt wird, sich aber am Ende der Auswurframpe verlängert und an dieser abstützt, so dass die Rückstellfeder des Betätigungsgliedes eine solche Kraft auf den Eingriffsstift erzeugt, dass dieser den Resthub überwindet und sicher in seine innere Endlage gelangt.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung wird vorgeschlagen, dass das Betätigungsglied am Eingriffsstift als Kugel ausgebildet ist, die in einer Bohrung des Eingriffsstiftes mit der zugeordneten Feder eingebaut ist und dass die Bohrung an ihrem Ende verengt ist, um einen sicheren Halt der Kugel gegen Herausfallen sicherzustellen. Die Verengung kann durch eine Verstemmung des Randes der Bohrung erfolgen.

In einer alternativen Ausgestaltung der Erfindung wird vorgeschlagen, dass der Eingriffsstift an seinem dem Schiebenocken zugewandten Ende und die Auswurfsrampe im Bereich ihres Auslaufs zum Hochkreis je einen Permanentmagneten und einen Permanentgegenmagneten aufweisen und dass diese Permanentmagnete mit einander zugerichteter gegensinniger Polung eingebaut sind.

Durch diese Ausgestaltung der Erfindung wird erreicht, dass die sich abstoßenden Magnetkräfte des Permanentmagneten und des Permanentgegenmagneten im Endbereich der Auswurfsrampe eine solche Kraft erzeugen, dass der Eingriffsstift den auch bei ungünstiger Toleranz entstehenden Resthub überwindet und sicher in seine innere Endlage bewegt.

Weiterhin ist es zweckmäßig, wenn der Permanenthaltemagnet am Eingriffsstift innerhalb des Gehäuses von einer Haltekappe oder einem Halteblech umgeben ist, das am Eingriffsstift befestigt ist, um den Permanenthaltemagneten sicher am Eingriffsstift festzulegen.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Zur weiteren Erläuterung der Erfindung wird auf die Zeichnungen verwiesen, in denen Ausführungsbeispiele der Erfindung vereinfacht dargestellt sind.

Es zeigen:

Fig. 1 : einen Schnitt durch einen Schiebenocken und einen zugeordneten

Aktor,

Fig. 2 u. 3: Schnitte entsprechend Fig. 1 , in denen unterschiedliche Einbautoleranzen dargestellt sind,

Fig. 4 u. 5: Schnitte mit verschiedenen Toleranzlagen entsprechend den Fig. 2 und 3 in modifizierter Ausgestaltung der Erfindung, Fig. 6 u. 7: Schnitte durch Aktoren, die zu einer Baueinheit zusammengefasst sind, wobei die Eingriffsstifte dicht nebeneinander liegen.

Detaillierte Beschreibung der Zeichnungen

In den Figuren 1 bis 7 ist, soweit im Einzelnen dargestellt, mit 1 eine Nockenwelle einer Hubkolbenbrennkraftmaschine bezeichnet, auf der drehfest aber verschiebbar ein Schiebenocken 2 angeordnet ist, der neben den Nocken für die Gaswechselventile zumindest eine Nut 3 aufweist, die eine Auswurframpe 4 beinhaltet. Die Auswurframpe 4 reicht bis zu einem mit 18 bezeichneten Hochkreis des Schiebenockens 2 im Bereich der Nut 3. Passend zur Nut 3 ist eine allgemein mit 5 bezeichneter Aktor vorgesehen, der ein Gehäuse 6, eine Spule 7 mit einem Spulenkern 8 und einen Eingriffsstift 9 aufweist. Der Eingriffsstift 9 ist innerhalb des Gehäuses 6 in Bezug auf die Nut 3 radial beweglich an- geordnet und weist im Inneren eine Feder 10 auf, die den Eingriffsstift 9 in Richtung zum Schiebenocken 2 vorspannt. Dem Spulenkern 8 benachbart ist am Eingriffsstift 9 ein Permanenthaltemagnet 1 1 befestigt, dessen magnetische Kraft größer ist als die Kraft der Feder 10, die sich an ihrem inneren Ende an dem Spulenkern 8 abstützt. Der Permanenthaltemagnet 1 1 ist von einer Haltkappe 12 umschlossen, die ihn am Eingriffsstift 9 festlegt. Der Eingriffsstift 9 weist weiterhin an seinem dem Schiebenocken 2 zugewandten Ende eine Bohrung 13 auf, in der eine Rückstellfeder 14 eingebaut ist, die eine Kugel 15 in Richtung zum Schiebenocken 2 belastet. Die Kugel 15 steht dabei soweit vor, dass sie zumindest im Bereich der Auswurframpe 4 gegen die Kraft der Rückstellfeder 14 in die Bohrung 13 eingedrückt wird, so dass die Rückstellfeder Kraft speichert, die sich am Ende der Auswurfsrampe entspannt und den Eingriffsstift 9 so stark beschleunigt, dass dieser sicher in die innere Endlage gelangt.

Dadurch werden, wie den Figuren 2 und 3 zu entnehmen ist, auch größere Toleranzen überbrückt. In den Ausführungsbeispielen gemäß den Figuren 4 und 5 sind an den dem Schiebenocken 2 zugewandten Enden der Eingriffsstifte 9 Permanentmagnete 16 eingebaut. Weiterhin weisen der Schiebenocken 2 im Bereich des Endes der Auswurframpe 4 Permanentgegenmagnete 17 auf, deren Magnetkräfte, wie den Pfeilen zu entnehmen ist, gegengerichtet sind. Gelangen nun die Enden der Eingriffsstifte 9 und damit die Permanentmagneten 16 bei der Drehung der Nockenwelle 1 und damit des Schiebenockens 2 in den Bereich der Permanentgegenmagneten 17, so erfährt der Eingriffsstift 9 eine Kraft und damit eine Beschleunigung weg von dem Schiebenocken 2, so dass entsprechend der Ausgestaltung gemäß den Figuren 2 und 3, der Permanenthaltemagnet 1 1 sicher zum Spulenkern 8 gelangt.

Wie den Figuren 4 und 5 weiterhin zu entnehmen ist, werden auch hier größere Toleranzen überbrückt.

In den Figuren 6 und 7 ist das Gehäuse 6 erweitert, so dass je zwei Eingriffsstifte 9 dicht nebeneinander eingebaut werden können und sogar ein Abstand von nur 5 mm erreicht werden können. Die Enden der Eingriffsstifte 9 sind entsprechend den zuvor beschriebenen Ausgestaltungen der Erfindung ausgebildet und mit Permanentmagneten 16 oder Kugeln 15 ausgestattet.

Bezugszeichenliste

I Nockenwelle

2 Schiebenocken

3 Nut

4 Auswurframpe

5 Aktor

6 Gehäuse

7 Spule

8 Spulenkern

9 Eingriffsstift

10 Feder

I I Permanenthaltemagnet

12 Haltekappe

13 Bohrung

14 Rückstellfeder

15 Kugel

16 Permanentmagnet

17 Permanentgegenmagnet

18 Hochkreis

Claims

Patentansprüche

Aktorvornchtung eines Schiebenockensystems, mit zumindest einem Schiebenocken (2) und mit einem aus einem Gehäuse (6) herausragenden Eingriffsstift (9), wobei das Gehäuse (6) an einem Bauteil eines Zylinderkopfes oder an dem Zylinderkopf einer Brennkraftmaschine befestigbar ist, und der Eingriffsstift (9) mit zumindest einer Nut (3) des Schiebenockensystems kontaktierbar ist, die zumindest eine Auswurframpe (4) aufweist, und wobei der Eingriffsstift (9) innerhalb des Gehäuses (6) einen Permanenthaltemagneten (1 1 ) aufweist und daran anschließend von einem feststehenden durch eine elektrische Spule (7) magnetisierbaren Spulenkern (9) beherrscht ist und der Eingriffsstift (9) in Richtung zum Schiebenocken (2) federbelastet ist, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest an dem dem Schiebenocken (2) zugewandten Endbereich des Eingriffsstiftes (9) eine Betätigungseinrichtung eingebaut ist, die im Bereich des Auslaufs der Auswurfsrampe (4) zum Hochkreis (18) wirksam ist und eine Zusatzkraft auf den Eingriffsstift (9) in Richtung zum Gehäuse (6) erzeugt.

Aktorvorrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die

Betätigungseinrichtung an dem dem Schiebenocken (2) zugewandten Ende des Eingriffsstiftes (9) eine Öffnung beinhaltet, in der ein Betätigungsglied verschiebbar angeordnet ist, das in Richtung zum Schiebenocken (2) mittels einer Rückstellfeder (14) belastet ist.

Aktorvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das

Betätigungsglied eine Kugel (15) ist, die in einer Bohrung (13) angeordnet und deren Bewegung in Richtung zum Schiebenocken (2) durch eine Verengung am Ende der Bohrung (13) begrenzt ist. Aktorvorrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die

Betätigungseinrichtung an dem dem Schiebenocken (2) zugewandten Ende des Eingriffsstiftes (9) und im Bereich des Auslaufs der Auswurframpe (4) zum Hochkreis (18) je einen Permanentmagneten (16) und Permanentgegenmagneten (17) aufweist und dass diese Permanentmagneten mit einander zugerichteter gegensinniger Polung eingebaut sind.

Aktorvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Permanenthaltemagnet (1 1 ) am Eingriffsstift (9) von einer Haltekappe (12) umgeben ist, die am Eingriffsstift (9) befestigt ist.

Aktorvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Schiebenockensystem drei oder mehr Nocken und eine entsprechende Anzahl von Nuten (3) aufweist und dass zumindest zwei Aktoren (5) nebeneinander innerhalb eines Gehäuses (6) angeordnet sind.