DE102011086233B4

DE102011086233B4 - Aktorvorrichtung zur Verstellung eines Schiebenockensystems mit Schaltscheibe

Info

Publication number: DE102011086233B4
Application number: DE102011086233.1A
Authority: DE
Inventors: Harald Elendt; Andreas Nendel; Christoph Glaess
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2011-11-14
Filing date: 2011-11-14
Publication date: 2015-11-26
Anticipated expiration: 2031-11-15
Also published as: EP2592242B1; US9103244B2; DE102011086233A1; EP2592242A1; US20130118427A1

Abstract

Aktorvorrichtung eines Schiebenockensystems mit zumindest einem Schiebenocken und mit zumindest einem aus einer Führungshülse (1) herausragenden Aktorstift (13), wobei die Führungshülse (1) an einem Bauteil eines Zylinderkopfes oder an dem Zylinderkopf einer Brennkraftmaschine befestigbar ist und der Aktorstift (13) mit zumindest einer Nut eines Schiebenockensystems kontaktierbar ist, die zumindest eine Auswurframpe aufweist und wobei der Aktorstift (13) in Richtung zum Schiebenocken mittels Federn (14) belastet ist und in seiner eingefahrenen, der Nut abgewandten Position mittels einer arretierbaren Rasteinrichtung festlegbar ist, die von einer Elektromagneteinheit beherrscht ist, wobei zumindest ein Rastelement (11) der Rasteinrichtung mit zumindest einer Aussparung (12) an dem Aktorstift (13) in Wirkverbindung steht, wobei das Rastelement (11) weiterhin mit der Führungshülse (1) in Wirkverbindung steht, die einerseits eine Stützfläche aufweist, die vom Grund der Aussparung (12) der Abmessung des Rastelements (11) entsprechend beabstandet ist, und die andererseits einen Hinterschnitt (15) aufweist, dessen Tiefe vom Außenmantel des Aktorstiftes (13) der Abmessung des Rastelements (11) entsprechend beabstandet ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Rastelement (11) in einer Schaltscheibe (10) radial zum Aktorstift (13) beweglich geführt und quer dazu festgelegt ist, wobei die Lage des Hinterschnitts (15) und/oder der Aussparung (12) und/oder die Lage des Rastelements (11) in der Schaltscheibe (10) in Achsrichtung des Aktorstiftes (13) so gewählt ist, dass das Rastelement (11) in der eingefahrenen Position des Aktorstiftes (13) die Aussparung (12) und die Stützfläche kontaktiert und wobei die Schaltscheibe (10) mit zumindest einem Übertragungsbolzen (8) verbunden ist, der von der Elektromagneteinheit gegen die Kraft zumindest einer Druckfeder (9) in Richtung zum Schiebenocken verschiebbar ist.

Description

Gebiet der Erfindung
Aktorvorrichtung eines Schiebenockensystems mit zumindest einem Schiebenocken und mit zumindest einem aus einer Führungshülse herausragenden Aktorstift, wobei die Führungshülse an einem Bauteil eines Zylinderkopfes oder an dem Zylinderkopf einer Brennkraftmaschine befestigbar ist und der/die Aktorstift(e) mit zumindest einer Nut eines Schiebenockensystems kontaktierbar sind, die zumindest eine Auswurframpe aufweist, und wobei der/die Aktorstift(e) in Richtung zum Schiebenocken mittels Federn belastet sind und in ihrer eingefahrenen, der Nut abgewandten Position mittels einer arretierbaren Rasteinrichtung festlegbar sind, die von einer Elektromagneteinheit beherrscht ist, wobei zumindest ein Rastelement der Rasteinrichtung mit zumindest einer Aussparung an dem/den Aktorstift(en) in Wirkverbindung steht, wobei das/die Rastelement(e) weiterhin mit der Führungshülse in Wirkverbindung stehen, die einerseits eine Stützfläche aufweist, die vom Grund der Aussparung der Abmessung des Rastelements entsprechend beabstandet ist und damit die Rastelemente in der Aussparung abstützt, und die andererseits einen Hinterschnitt aufweist, dessen Tiefe vom Außenmantel der Aktorstifte der Abmessung des Rastelements entsprechend beabstandet ist.
Hintergrund der Erfindung
Eine derartige Aktorvorrichtung ist aus DE 10 2007 024 600 A1 bekannt. Diese schlägt eine Stellvorrichtung mit einem zwischen einer eingefahrenen Halteposition und einer ausgefahrenen Arbeitsposition verfahrbaren Aktorstift vor. Der Aktorstift wirkt mit einer Verschiebenut eines Maschinenteils zusammen, die den Aktorstift aus seiner Arbeitsposition zurück in seine Halteposition verlagern kann. Gezeigt ist eine ansteuerbare Halte- und Lösevorrichtung, die sich der in entgegengesetzter Richtung wirksamen Einspannkraft einer Feder bedient; der Aktorstift wird demzufolge je nach Position entweder in Ausfahrrichtung oder Einfahrrichtung kraftbeaufschlagt.
Die WO 2010/097298 A1 zeigt eine Aktorvorrichtung bei der die Aktorstifte hohl ausgebildet sind und in Öffnungen ihrer Wände Rastelemente aufweisen, die einerseits mit einem äußeren Bauteil in Wirkverbindung stehen und andererseits durch Kegelstifte arretierbar sind. Obwohl das äußere Bauteil eine mit den Rastelementen korrespondierende Kegelfläche aufweist, basiert die Arretierung auf der Klemmwirkung der Rastelemente.
Die nachveröffentlichte DE 10 2010 048 005 A1 zeigt eine Aktorvorrichtung für ein Schiebenockensystem mit einem Schiebenocken und mit einem aus einem Gehäuse ausfahrbarem Eingriffsstift. Der Eingriffsstift ist mit einer Nut des Schiebenockensystems kontaktierbar, wobei die Nut eine Auswurframpe aufweist. Der Eingriffsstift ist in Richtung Schiebenocken federbelastet. Der Eingriffsstift ist in seiner eingefahrenen, der Nut abgewandten Position mittels einer arretierbaren Rasteinrichtung festlegbar. Als Rasteinrichtung wird ein kugelförmiger Sperrkörper gezeigt, der einerseits in eine Nut der Eingriffsstifte eingreifen kann und andererseits in eine Öffnung einer Schaltkulisse.
Abgesehen davon, dass diese Aktoreinheiten viele Einzelteile aufweisen, einen hohen Montageaufwand benötigen und hohe Herstellkosten verursachen, besteht das Problem, dass z. B. aufgrund von Erschütterungen der Brennkraftmaschine und damit der Aktorvorrichtung sich die Rasteinrichtung nicht immer sicher arretiert und auch nach Arretierung sich löst, sodass die Aktorstifte sich in Richtung Schiebenockeneinheit ungewollt absenken und den Schiebenocken und die Nut ungewollt kontaktieren. Zudem besteht das Bedürfnis nach einer alternativen Rasteinrichtung, die hinsichtlich ihrer Herstellungskosten optimiert ist.
Aufgabe der Erfindung
Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Aktorvorrichtung der eingangs genannten Art so zu verbessern, dass die geschilderten Nachteile behoben werden. Es soll eine hohe Ausfahrgeschwindigkeit zum Einfahren in die Verschiebenut gewährleistet sein und die Betätigung auch von zwei Aktorstiften soll ohne Umpolung der Stromrichtung an der Magnetspule der Elektromagneteinheit erfolgen. Weiterhin soll eine geringe Anzahl von Bauteilen zur Reduzierung der Montage- und Herstellkosten Verwendung finden und damit eine preisgünstige Herstellung möglich sein. Darüber hinaus soll zwecks Toleranzausgleichs ein aktiver Rückhub der Aktorstifte zur Verfügung gestellt werden.
Zusammenfassung der Erfindung
Die Aufgabe der Erfindung wird dadurch gelöst, dass das Rastelement in einer Schaltscheibe radial zum Aktorstift beweglich geführt und quer dazu festgelegt ist. Durch diese Ausgestaltung wird sichergestellt, dass das/die Rastelement(e) sich radial zwischen der Aussparung an dem/den Aktorstift(en) und dem Hinterschnitt bewegen können, so dass die Aktorstifte sich in der Ebene zwischen der/den Aussparung(en) und dem Hinterschnitt frei bewegen können, während die Aktorstifte dann arretiert sind, wenn das/die Rastelement(e) mit der Stützfläche in Wirkverbindung stehen und daher nicht radial ausweichen können. Die Rastelemente stehen dabei aber mit der Aussparung bzw. dem Rand der Aussparung in Wirkverbindung und legen die Aktorstifte eindeutig fest. Die Lage des Hinterschnitts und/oder der Aussparung und/oder die Lage des/der Rastelemente in der Schaltscheibe sind in Achsrichtung der Aktorstifte so gewählt, dass die Rastelemente in der eingefahrenen Position der Aktorstifte die Aussparungen und die Stützfläche kontaktieren. Erfindungsgemäß ist die Schaltscheibe mit zumindest einem Übertragungsbolzen verbunden, der von der Elektromagneteinheit gegen die Kraft einer Druckfeder in Richtung zum Schiebenocken verschiebbar ist. Durch Bestromung des Elektromagneten werden die Übertragungsbolzen gegen die Kraft der Druckfeder so weit verschoben, dass die Rastelemente mit dem Hinterschnitt in Wirkverbindung treten können und damit die Aktorstifte freigeben. Umgekehrt stellen die Druckfedern in der eingefahrenen Position dadurch, dass die Rastelemente die Stützfläche kontaktieren und mit den Aussparungen bzw. deren Rand in Wirkverbindung stehen, sicher, dass die Aktorstifte vollständig eingefahren werden und in der eingefahrenen Position gehalten werden.
Der/die Übertragungsbolzen ist/sind von einem Magnetkern der Elektromagneteinheit beherrscht, der innerhalb einer Magnetspule, vorzugsweise unter Zwischenschaltung eines Führungsdomes, angeordnet ist. Dabei ist das Kraftniveau der Druckfedern höher als die Kräfte der Federn der Aktorstifte, so dass die Druckfedern die Aktorstifte gegen die Kraft ihrer Federn zum Ausfahren in die innere Position bewegen und dort halten können. Vorzugsweise sind zwei Aktorstifte mit Federn vorgesehen, deren Ebene parallel zur Achse der Schiebenocken ausgerichtet ist, wobei zwei parallel dazu angeordnete Übertragungsbolzen mit Druckfedern vorgesehen sind, deren Ebene vorzugsweise um 90° gegenüber der Ebene der Aktorstifte verdreht ist. Die Aktorstifte und Übertragungsbolzen sind einschließlich der Schaltscheibe in der Führungshülse gelagert, wobei die Führungshülse an einem Flansch befestigt ist. Der Flansch seinerseits dient der Befestigung der Aktoreinheit an dem Bauteil des Zylinderkopfes oder an dem Zylinderkopf selbst und gleichzeitig als Widerlager für die Federn zum Ausfahren der Aktorstifte. Auf der der Führungshülse abgewandten Seite des Flansches schließt sich der Magnetkern mit Führungsdom und Magnetspule an, die in einem Außengehäuse untergebracht sind. Auf der dem Flansch abgewandten Seite der Magnetspule ist eine Polscheibe vorgesehen.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Zur weiteren Erläuterung der Erfindung wird auf die Zeichnungen verwiesen, in denen ein Ausführungsbeispiel der Erfindung vereinfacht dargestellt ist.
Es zeigen:
1: einen Schnitt durch eine Aktorvorrichtung mit eingefahrenen Aktorstiften,
2: einen Schnitt durch die Aktorvorrichtung mit Blick auf die Übertragungsbolzen gemäß der Linie A-A in 1,
3: einen Schnitt entsprechend 1 mit bestromter Elektromagneteinheit und
4: einen Schnitt entsprechend 1 mit nicht bestromter Elektromagneteinheit.
Detaillierte Beschreibung der Zeichnungen
In den 1 bis 4 ist, soweit im Einzelnen dargestellt, mit 1 eine Führungshülse bezeichnet. Die Führungshülse 1 ist an einem Flansch 2 befestigt, der mit dem Bauteil oder dem Zylinderkopf verschraubt werden kann. Auf der der Führungshülse 1 abgewandten Seite des Flansches 2 ist eine Magnetspule 3 vorgesehen, die in einem Außengehäuse 4 angeordnet ist, das an dem Flansch 2 befestigt ist. In dem Außengehäuse 4 ist außerhalb der Magnetspule 3 eine Polscheibe 5 und ein Führungsdom 6 angeordnet und befestigt. Innerhalb des Führungsdomes 6 und der Magnetspule 3 ist ein Magnetkern 7 eingebaut, der innerhalb der Magnetspule 3 und des Führungsdomes 6 axial verschiebbar ist und durch die Magnetspule 3 beherrscht wird. Der Magnetkern 7 weist einen Flansch auf und steht mit diesem mit Übertragungsbolzen 8 (siehe 2) in Wirkverbindung, die sich andererseits an der Führungshülse 1 mittels Druckfedern 9 abstützen. Die Übertragungsbolzen 8 sind fest mit einer Schaltscheibe 10 verbunden. Die Schaltscheibe 10 weist radiale Öffnungen auf, in denen Rastelemente 11 geführt sind. In der Schaltscheibe 10 sind parallel zu den Übertragungsbolzen 8 Öffnungen vorgesehen, in denen Aktorstifte 13 gelagert sind. Die Aktorstifte 13 weisen Aussparungen 12 auf, die mit den Rastelementen 11 in Wirkverbindung treten können. Die Aktorstifte 13 sind durch Federn 14 belastet, die sich an dem Flansch 2 abstützen und die Aktorstifte 13 in Richtung (Ausfahrrichtung) zu den Schiebenocken belastet. Den Aussparungen 12 zumindest teilweise benachbart, ist in der Führungshülse 1 ein Hinterschnitt 15 vorgesehen, so dass die Rastelemente 11 in Höhe des Hinterschnitts 15 sich radial frei bewegen können und die Aktorstifte 13 freigeben. Befinden sich die Rastelemente 11 neben dem Hinterschnitt 15 auf einer Stützfläche an der Führungshülse 1, so ist der radiale Abstand zwischen den Aussparungen 12 und der Stützfläche so gering, dass die Rastelemente 11 in den Aussparungen 12 verbleiben und die Aktorstifte 13 festhalten. Die Federn 14 und Druckfedern 9 sind so ausgelegt, dass das Kraftniveau der Druckfedern 9 höher ist als die Kräfte der Federn 14 zum Ausfahren der Aktorstifte 13. Da zusätzlich noch die Reibung an den Rastelementen 11 der Ausfahrbewegung der Aktorstifte 13 entgegenwirkt, werden die Aktorstifte 13 bei nicht bestromter Magnetspule 3 in die eingefahrene Position zurückbewegt und verbleiben dort. Wird die Magnetspule 3 bestromt, dann schiebt der Magnetkern 7 gegen die Kraft der Druckfedern 9 die Übertragungsbolzen 8 in Richtung zur Führungshülse 1. Dadurch verschieben sich die Schaltscheibe 10 und damit die Rastelemente 11 aus dem Bereich der Stützfläche in den Bereich des Hinterschnitts 15, sodass die Aktorstifte 13 durch die Rastelemente 11 freigegeben werden, da diese sich aus den Aussparungen 12 lösen können. Die Federn 14 bewegen dann die Aktorstifte 13 in Richtung Schiebenocken. Einer der Aktorstifte 13 kann dabei in eine passende Nut eingreifen und den zugeordneten Schiebenocken von einem zum anderen Betätigungselement der Gaswechselventile verschieben. Der andere Aktorstift 13 fährt aus bis zu dem Außenmantel des Schiebenockens, der auch als Hochkreis des Schiebenockens bezeichnet wird. Nach dem Verschiebevorgang wird der erstgenannte Aktorstift 13 durch die Auswurframpe aus der Nut bewegt. Die Auswurframpe schiebt diesen zumindest zurück bis zum Hochkreis des Schiebenockens. In dieser Position können nun die Rastelemente 11 in die Aussparungen 12 der Aktorstifte 13 einfahren und sich an der Stützfläche beziehungsweise dem Rand der Stützfläche der Führungshülse 1 abstützen. Durch die Kraftwirkung der Druckfedern 9, die ja größer ist als die Kraft der Federn 14, schieben diese die Aktorstifte 13 in einen hinreichenden Abstand zum Hochkreis des Schiebenockens, der ca. 1 mm beträgt. Der zweite Aktorstift 13 wird dabei durch die Schaltscheibe 10 und die Druckfedern 9 ebenfalls in die Ausgangslage zurückgezogen.
Bezugszeichenliste

1: Führungshülse
2: Flansch
3: Magnetspule
4: Außengehäuse
5: Polscheibe
6: Führungsdom
7: Magnetkern
8: Übertragungsbolzen
9: Druckfedern
10: Schaltscheibe
11: Rastelemente
12: Aussparungen
13: Aktorstifte
14: Federn
15: Hinterschnitt

Claims

Aktorvorrichtung eines Schiebenockensystems mit zumindest einem Schiebenocken und mit zumindest einem aus einer Führungshülse (1) herausragenden Aktorstift (13), wobei die Führungshülse (1) an einem Bauteil eines Zylinderkopfes oder an dem Zylinderkopf einer Brennkraftmaschine befestigbar ist und der Aktorstift (13) mit zumindest einer Nut eines Schiebenockensystems kontaktierbar ist, die zumindest eine Auswurframpe aufweist und wobei der Aktorstift (13) in Richtung zum Schiebenocken mittels Federn (14) belastet ist und in seiner eingefahrenen, der Nut abgewandten Position mittels einer arretierbaren Rasteinrichtung festlegbar ist, die von einer Elektromagneteinheit beherrscht ist, wobei zumindest ein Rastelement (11) der Rasteinrichtung mit zumindest einer Aussparung (12) an dem Aktorstift (13) in Wirkverbindung steht, wobei das Rastelement (11) weiterhin mit der Führungshülse (1) in Wirkverbindung steht, die einerseits eine Stützfläche aufweist, die vom Grund der Aussparung (12) der Abmessung des Rastelements (11) entsprechend beabstandet ist, und die andererseits einen Hinterschnitt (15) aufweist, dessen Tiefe vom Außenmantel des Aktorstiftes (13) der Abmessung des Rastelements (11) entsprechend beabstandet ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Rastelement (11) in einer Schaltscheibe (10) radial zum Aktorstift (13) beweglich geführt und quer dazu festgelegt ist, wobei die Lage des Hinterschnitts (15) und/oder der Aussparung (12) und/oder die Lage des Rastelements (11) in der Schaltscheibe (10) in Achsrichtung des Aktorstiftes (13) so gewählt ist, dass das Rastelement (11) in der eingefahrenen Position des Aktorstiftes (13) die Aussparung (12) und die Stützfläche kontaktiert und wobei die Schaltscheibe (10) mit zumindest einem Übertragungsbolzen (8) verbunden ist, der von der Elektromagneteinheit gegen die Kraft zumindest einer Druckfeder (9) in Richtung zum Schiebenocken verschiebbar ist.
Aktorvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Übertragungsbolzen (8) von einem Magnetkern (7) der Elektromagneteinheit beherrscht ist, der innerhalb einer Magnetspule (3) angeordnet ist.
Aktorvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Kraftniveau der Druckfedern (9) höher ist als die Kräfte der Federn (14) der Aktorstifte (13), so dass die Druckfedern (9) die Aktorstifte (13) gegen die Kraft ihrer Federn (14) zum Ausfahren in die eingefahrene, der Nut abgewandten Position bewegen und dort halten können.
Aktorvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwei Aktorstifte (13) mit Federn (14), zwei parallel dazu angeordnete Übertragungsbolzen (8) mit Druckfedern (9) und die Schaltscheibe (10) in der Führungshülse (1) gelagert sind und dass die Führungshülse (1) an einem Flansch (2) befestigt ist.
Aktorvorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Flansch (2) als Widerlager für die Federn (14) ausgebildet ist.