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Die Erfindung betrifft einen Schiebenockenaktor für ein Schiebenockensystem, mit einem Gehäuse, das ein Gehäuseinneres definiert und mit einem darin befindlichen Spulenkörper, der eine Wicklung zum Erzeugen einer Magnetkraft bei Durchfluss von elektrischem Strom enthält, wobei ein Anker enthalten ist, der so zur Wicklung angeordnet ist, dass ein Laufpin bei Auftreten der Magnetkraft aus dem Gehäuse ausfährt und in eine Verschiebenut eines Schiebenockens eintaucht.
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Die Erfindung betrifft auch ein Schiebenockensystem mit zumindest einer Nockenwelle, auf der wenigstens ein Schiebenocken mit einer Verschiebenut bzw. einer Schiebenut axial verschieblich aber drehfest angeordnet ist, in die ein Laufpin eines Schiebenockenaktors eingreift.
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Aus dem Stand der Technik sind bereits Ventiltriebe mit Nockenumschaltungen für Gaswechselventile einer Viertaktverbrennungskraftmaschine bekannt.
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So offenbart bspw. die
DE 10 2004 008 670 A1 einen Ventiltrieb mit Nackenumschaltung mit folgenden Merkmalen bzw. Bauteilen: Eine Keilwelle mit axialer Außenverzahnung und ein Nockenstück pro Zylinder mit Innenverzahnung, durch die das Nockenstück axial verschiebbar und mit der Keilwelle verdrehfest verbunden ist; das Nockenstück weist pro Gaswechselventil zwei nebeneinander liegende Nocken mit gleichem Grundkreisdurchmesser und ungleichem Hub auf; an beiden Enden des Nockenstücks sind zylindrische Endstücke vorgesehen, in deren Umfang je eine spiegelsymmetrisch ausgebildete Verschiebenut radial eingearbeitet ist; in jede Verschiebenut ist ein radial einfahrbarer, gehäusefester Aktuatorstift, wobei durch Zusammenwirken von Aktuatorstiften und Verschiebenuten das Nockenstück bei laufendem Motor axial hin- und herschiebbar ist, wobei die Verschiebenuten eine Beschleunigungsflanke mit einer Auftrefframpe aufweisen, deren konstante, geringe Steigung eine entsprechend konstante, niedrige axiale Anfangsgeschwindigkeiten des Nockenstücks und eine geringe Auftreffkraft der Aktuatorstifte verursacht. Ein entsprechendes Wirkprinzip wird als gattungsbildend betrachtet.
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Auch sind bereits Schiebenockenaktoren, bspw. elektromagnetische Stellvorrichtungen aus der
DE 10 2009 015 833 A1 bekannt. Dort wird eine solche Vorrichtung, für den Einsatz als Nockenversteller für Kolbenmotoren offenbart, mit einem zumindest teilweise die Form eines kreiszylindrischen Topfes aufweisenden Gehäuses, insbesondere aus weichmagnetischem Metall, mit einer am Topfboden im Gehäuse festgelegten Permanentmagneteinrichtung, mit einer Stromspuleneinrichtung und mit einem stößelartigen, im Gehäuse axial zwischen eingefahrener erster und ausgefahrener zweiter Schaltposition bewegbarem Stellglied mit einem daran befindlichen Hohlkörper, um das Stellglied durch anziehende Magnetkraftwirkung der Permanentmagneteinrichtung gegen die zwischen dem Stellglied und einer gehäuseseitigen Angriffsstelle wirkende Federkraft einer Federanordnung in der ersten Schaltposition zu halten, aus der sich das Stellglied bei bestromter Spuleneinrichtung und dadurch bewirktem Abbau der Magnetkraftwirkung unter Einfluss der Federkraft in die zweite Schaltposition bewegt, wobei die Federanordnung eine Entkoppeleinrichtung aufweist, mittels derer in der zweiten Schaltposition die Einwirkung der Federkraft auf die gehäuseseitige Angriffsstelle unterbindbar ist.
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Aus dem Stand der Technik, bspw. der
DE 10 2007 028 600 A1 , ist eine elektromagnetische Stellvorrichtung bekannt mit einer Mehrzahl von elektromagnetischen Aktoreneinheiten, die zum Ausüben einer Stellkraft auf eine entsprechende Mehrzahl von langgestreckten, achsparallel zueinander gelagerten Stößeleinheiten selektiv einstellbar sind. Die Aktoreneinheiten sind entlang ihrer Stellrichtung zueinander achsparallel in einem gemeinsamen Gehäuse vorgesehen und bilden jeweils an einem den Stößeleinheiten zugewandten Eingriffsende eine zumindest abschnittsweise plane, axial in der Stellrichtung bewegbare Angriffsfläche aus. Eine eingriffsseitige Stirnfläche wirkt einer jeweiligen der Stößeleinheiten mit der Eingriffsfläche zusammen. Dabei sitzt mindestens eine der Mehrzahl der Stößeleinheiten mit ihrer eingriffsseitigen Stirnfläche exzentrisch und/oder mit lediglich einer Teilfläche auf der Eingriffsfläche der zugehörigen Aktoreneinheit auf, insbesondere haftet darauf magnetisch. Der Laufpin, der häufig exzentrisch zur Permanentmagneteinheit angeordnet ist, haftet also mit anderen Worten magnetisch an dieser Permanentmagneteinheit an. Das diesbezüglich bereits bekannte Prinzip soll als hier integriert gelten. Es gibt normalerweise keine weiteren Verbindungen zwischen der Permanentmagneteinheit und dem Laufpin, um die Funktionalität nicht negativ zu beeinflussen.
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Die
DE 10 2006 034 922 geht bei einem Ein-Pin-Aktor jedoch einen völlig anderen Weg und offenbart eine elektromagnetische Stellvorrichtung und ein Verfahren zu deren Herstellung. Dabei ist eine Spuleneinrichtung, im Wesentlichen bestehend aus einem einzigen Kern aus einem magnetischen Material, der von einer Spule umschlossen ist offenbart, und mit einem relativ zu der Spuleneinrichtung beweglich angeordneten Stellelement mit einem endseitig verschleißfest ausgebildeten Eingriffsbereich, bei der das Stellelement über eine Bestromung der Spuleneinrichtung mit einer Betätigungskraft beaufschlagbar ist. Dabei sind an dem Stellelement Permanentmagnetmittel angeordnet, über die das Stellelement in unbestromtem Zustand der Spuleneinrichtung an der Spuleneinrichtung magnetisch gehalten ist. Die
DE 10 2006 034 922 A1 schlägt vor, dass ein sicherer und verschleißarmer Stellbetrieb ermöglicht wird, und dennoch konstruktiv einfach und kostengünstig realisiert wird, wenn Entkopplungsmittel vorgesehen sind, über die das Stellelement zumindest im Eingriffsbereich von dem Permanentmagnetmitteln magnetisch entkoppelt ist.
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Aus der
DE 10 2008 020 892 A1 ist auch eine Stellvorrichtung mit einem zwischen einer eingefahrenen Halteposition einer Arbeitsposition verfahrbaren Aktuatorstift, der auch als Laufpin bezeichnet werden kann, zur Verstellung eines Maschinenteils. Dabei ist offenbart, dass eine mit dem Aktuatorstift in dessen Arbeitsposition zusammenwirkende Verschiebenut vorhanden ist, die den Aktuatorstift zurück in dessen Halteposition verlagert, und dass insbesondere als auf einer Trägerwelle drehfest und längsverschiebbar angeordnetes Nockenstück eines hubvariablen Ventiltriebs einer Verbrennungskraftmaschine ausgebildet ist. Die Stellvorrichtung weist eine ansteuerbare Halte- und Lösevorrichtung zum Halten des Aktuatorstifts in der Halteposition zum Lösen des Aktuatorstifts aus der Halteposition auf. Dabei ist mittels selbsthemmender Sperrkörper der Aktuatorstift über die Halte- und Lösevorrichtung in der Halteposition fixiert. Es wird in dieser Druckschrift somit ein Grundprinzip für ein Klemmaktorenkonzept vorgestellt.
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Bekannt ist auch ein Rückhubaktar in Verbindung mit einer DSR-Nut.
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Die bestehenden Konzepte weisen Nachteile beim Rückprellen des Laufpins nach dem Auswerfen des Laufpins aus der Verschiebenut auf, nämlich derart, dass der Laufpin ungewollter Weise wieder aus dem Gehäuse ausfährt und in die Verschiebenut eintaucht und somit zu Doppelschaltungen führt. Im schlimmsten Fall kann dies zu einem Totalausfall des Schiebenockensystems führen.
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Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die Nachteile aus dem Stand der Technik zu vermeiden und ein einfaches, unaufwändig zu montierendes, aber langlebiges und kostengünstiges Schiebenockensystem und einen entsprechenden Schiebenockenaktor zur Verfügung zu stellen.
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Dies wird erfindungsgemäß bei einem gattungsgemäßen Schiebenockenaktor dadurch erreicht, dass der Anker vom Laufpin so bewegungsunabhängig gelagert ist, dass die zwei Bauteile aneinanderstoßend in Interaktion miteinander tretbar sind aber ein Ankeranschlag auf einer laufpinabgewandten Seite des Ankers vorhanden ist, der die Ankerbewegung verlangsamende oder dämpfende Eigenschaften aufweist.
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Vorteilhafte Ausführungsformen sind in den Unteransprüchen beansprucht und werden nachfolgend näher erläutert.
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So ist es von Vorteil, wenn der Anker mit dem Laufpin unverbunden ist oder von diesem getrennt ist. Der Anker ist dann kein integrales Bauteil mit dem Laufpin und auch sonst nicht mit dem Laufpin verbunden. Der Anker ist auch nicht mit einer Federabstützung verbunden. Der Anker und der Laufpin bzw. der Anker und die Federabstützung, können sich unabhängig voneinander bewegen. Es ist aber möglich, dass der Laufpin mit der Federabstützung fest verbunden ist. Auf diese Weise wird eine Entkoppelung der Axialbewegungen von dem Anker einerseits und dem Laufpin und der Federabstützung andererseits ermöglicht.
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Als besonders zweckmäßig hat es sich herausgestellt, wenn der Ankeranschlag einen Restitutionskoeffizienten von ca. 0,4 bis ca. 0,1 aufweist, Insbesondere einen Restitutionskoeffizienten von 0,35, 0,3, 0,25, 0,2 oder 0,15 aufweist. Zusätzlich oder alternativ kann das E-Modul auch im Bereich von ca. 60.000 N/mm2 bis ca. 150.000 N/mm2 sein, insbesondere kann das E-Modul 80.000 N/mm2, 100.000 N/mm2 oder 125.000 N/mm2 betragen.
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Die Erfindung betrifft auch ein solches Schiebenockensystem mit zumindest einer Nockenwelle, auf der wenigstens ein Schiebenocken mit einer Verschiebenut, wie einer Doppel-S-förmigen Verschiebenut (DSR-Nut, d. h. Doppel-S-förmigen Nut für einen Rückhubaktor) verschieblich aber drehfest angeordnet ist, in die ein Laufpin eines Schiebenockens der erfindungsgemäßen Art eingreift.
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Die Erfindung wird nachfolgend auch mit Hilfe einer Zeichnung näher erläutert, in der zwei unterschiedliche Ausführungsbeispiele dargestellt sind. Es zeigen:
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1 einen Längsschnitt durch einen erfindungsgemäßen Rückhubaktor/Schiebenockenaktor in einer ersten Ausführungsform, und
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2 eine zweite Ausführungsform eines ähnlichen Rückhubaktors/Schiebenockenaktors mit einem zusätzlichen Zwischenelement, das auch Dämpfungseigenschaften aufweist oder aufweisen kann.
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Die Figuren sind lediglich schematischer Natur und dienen nur dem Verständnis der Erfindung. Die gleichen Elemente werden mit denselben Bezugszeichen versehen.
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In 1 ist eine erste erfindungsgemäße Ausführungsform eines Schiebenockenaktors 1 dargestellt. Der Schiebenockenaktor 1 ist zum Einsatz in ein Schiebenockensystem gedacht und wird bei Verbrennungskraftmaschinen in land-, luft- und/oder wassergebundenen Fahrzeugen, wie Kraftfahrzeugen, insbesondere Pkws, Lkws oder Vans eingesetzt.
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Der Schiebenockenaktor 1 weist ein Gehäuse 2 auf, das ein Gehäuseinneres 3 definiert. Darin ist ein Spulenkörper 4 vorhanden, der eine Wicklung 5 aufweist. Die Wicklung 5 ist zum Erzeugen einer Magnetkraft ausgelegt, wenn sie von elektrischem Strom durchflossen wird.
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Konzentrisch zum Spulenkörper 4 ist ein Anker 6 angeordnet und aus einem Material bestehend, das magnetisierbar ist oder selbst magnetisch ist. Insbesondere ein Permanentmagnet kann als Anker 6 eingesetzt werden. Der Anker 6 ist innerhalb einer Führung 7 längsverschieblich, also entlang einer Längsachse 8 bewegbar angeordnet. Er weist auf einer einem Laufpin 9 zugewandten Seite einen Anschlagbereich 10 auf. Der Anschlagbereich 10 ist zum stoßenden in Kontakt gelangen mit einem Gegenanschlagbereich 11 einer Federabstützung 12 vorgesehen. Die Federabstützung 12 ist fest, bspw. über einen Presssitz, mit dem Laufpin 9 verbunden. Die Federabstützung 12 ist in dem Laufpin 9 eingesetzt. Es kann dazu eine form-, kraft- und/oder stoffschlüssige Verbindung eingesetzt sein.
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Die Federabstützung 12 weist auf ihrer Außenseite eine Verbreiterung 13 auf, die eine Anschlagfläche für eine Feder, wie eine Schraubendruckfeder 14 zur Verfügung stellt.
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Während das eine Ende der Feder 14 in Anschlag mit der Verbreiterung 13 steht, ist das andere Ende mit einem Absatz 15 einer Laufpinführungshülse 16 in abstützendem Kontakt. Der Laufpin 9 kann aus der Laufpinführungshülse 16 bei Aktivierung des Spulenkörpers 4 durch elektrische bzw. dadurch hervorgerufene magnetische Energie ausfahren. Dazu drückt der Anschlagbereich 10 auf den Gegenanschlagbereich 11 und zwingt den Laufpin 9 zu einer Bewegung in einer Ausfahrrichtung 17.
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Auf einer dem Laufpin abgewandten Seite des Ankers 6 ist ein Ankeranschlag 18 vorgesehen. Der Ankeranschlag 18 ist aus einem Material mit einer niedrigen Stoßzahl gefertigt, insbesondere einer niedrigeren Stoßzahl als das Gehäuse 2 aufweist. Dies führt bei richtiger Auswahl des Materials, z. B. Kupfer, Bronze, einem Metallkissen, insbesondere einem Metallkissen aus einem Drahtgestrick, Kunststoff, gemischtzelligem Polyurethan, Silikon oder ähnlichen Materialien dazu, dass der Laufpin 9 fast keine oder keine Anregung durch den Anker 6 erhält. Hierdurch kommt es zu einer Vermeidung unerwünschter Doppelschaltungen.
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Es sei darauf hingewiesen, dass der Anker 6 selber auch aus dem Ankeranschlagmaterial hergestellt sein kann oder dieses zumindest auf der Laufpin abgewandten Seite umfasst sein kann. Auch ist es möglich, dass der Anker 6 sowie der Ankeranschlag 18 aus demselben Material bestehen oder dieses umfassen. Für das Ankeranschlagmaterial hat sich ein solches Material bewährt, das einen Restitutionskoeffizienten von ca. 0,4 bis ca. 0,1 und/oder ein E-Modul von ca. 60.000 bis ca. 150.000 N/mm2 aufweist.
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Zwischen der Laufpinführungshülse 16 und dem Gehäuse 2 kann, muss aber nicht, ein separater Flansch 19 eingebracht sein.
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In 2 ist eine zu dem ersten Ausführungsbeispiel ähnliche Ausführungsform dargestellt, welche sich aber dadurch unterscheidet, dass ein Zwischenelement 20 in dem Flansch 19 konzentrisch zur Längsachse 8 eingesetzt ist, um mit einem Vorsprung 21 der Federabstützung 12, wie er auch in dem, in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel vorhanden ist, in Kontakt zu gelangen. Das Zwischenelement 20 kann Dämpfungseigenschaften aufweisen. Insbesondere kann es aus demselben Material, wie der Ankeranschlag 18 gefertigt sein, oder dasselbe Material umfassen.
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In beiden Ausführungsbeispielen kann der Ankeranschlag 18 topfartig oder hutförmig ausgebildet sein und in das Gehäuse 2 und/oder in die Führung 7 form-, kraft- und/oder stoffschlüssig eingesetzt sein. Insbesondere bietet sich die Verwendung eines Presssitzes an. Im Falle der stoffschlüssigen Verbindung kann der Ankeranschlag 18 bevorzugterweise so mit dem Grundmaterial des Gehäuses 2 und/oder der Führung 7 in einem Gießverfahren umspritzt werden, dass es zu einer festen Verbindung zwischen Ankeranschlag 18 und Gehäuse 2 und/oder der Führung 7 kommt.
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Das Zurückprellen des Laufpins 9 nach dem Auswerfen des Laufpins 9 aus der Verschiebenut, was sonst zu Doppelschaltungen bei hohen Drehzahlen führt, weil dann der Laufpin 9 wieder in die Nutkontur eintaucht, wird vermieden. Beim Rückhub bewegen sich der Laufpin 9 und der Anker 6 gemeinsam nach oben, obwohl sie nicht mechanisch miteinander verbunden sind. Der Laufpin 9 trifft auf den inneren Anschlag des Aktors und prellt von diesem wieder nach unten ab. Währenddessen bewegt sich der Anker 6 weiter nach oben und prellt an dem Ankeranschlag 18 wieder nach unten zurück.
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Beim „Rückflug” trifft der Anker 6 wieder auf den Laufpin 9 und gibt diesem einen Impuls nach unten. Dies führt bei erfindungsgemäßer Ausgestaltung aber nur zu einem geringen oder gar keinem Ausfahren des Laufpins 9 und verhindert Doppelschaltungen.
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Das Material des Ankeranschlags 18 ist so gewählt, dass die Stoßzahl ausreichend niedrig ist, dass ein erneutes Ausfahren des Laufpins 9 in einem geringen Bereich bleibt oder gar unterbleibt.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Schiebenockenaktor
- 2
- Gehäuse
- 3
- Gehäuseinneres
- 4
- Spulenkörper
- 5
- Wicklung
- 6
- Anker
- 7
- Führung
- 8
- Längsachse
- 9
- Laufpin
- 10
- Anschlagbereich
- 11
- Gegenanschlagbereich
- 12
- Federabstützung
- 13
- Verbreiterung
- 14
- Feder/Schraubendruckfeder
- 15
- Absatz
- 16
- Laufpinführungshülse
- 17
- Ausfahrrichtung
- 18
- Ankeranschlag
- 19
- Flansch
- 20
- Zwischenelement
- 21
- Vorsprung
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102004008670 A1 [0004]
- DE 102009015833 A1 [0005]
- DE 102007028600 A1 [0006]
- DE 102006034922 [0007]
- DE 102006034922 A1 [0007]
- DE 102008020892 A1 [0008]
