Ein solcher Zylinder-Kolbentrieb ist in der bisher unveröffentlichten Deut- schen Patentanmeldung 101 43 959.8 beschrieben und betrifft einen hydraulisch gesteuerten Aktuator zur Betätigung eines Gaswechselventils. Mit dem Aktuator wird eine Änderung der das Gaswechselventil öffnenden und/oder schließenden

Wirkflächen des Stellkolbens in Abhängigkeit von dessen Verschiebeweg ermög- licht, so daß die auf das Gaswechselventil wirkende Stellkraft spezielle Forde- rungen erfüllen kann, beispielsweise eine anfänglich hohe Öffnungskraft des Ak- tuators, damit das Gaswechselventil gegen den Restgasdruck öffnen kann, oder eine kurz vor dem Ventilschließen aus Geräusch-oder Verschleißgründen gerin- gere Schließkraft.

Vorteile der Erfindung Aufgrund der erfindungsgemäßen Ausgestaltung der Anschlagflächen als je- weils einen Kegelsitz bildende Kegelflächen ergibt sich eine stark verbesserte Abdichtung der durch die ineinander geführten Teilkolben voneinander getrenn- ten Druckkammern, so daß der bei einem mehrteiligen Stellkolben nicht vollstän- dig vermeidbare Leckagevolumenstrom deutlich reduziert bzw. gänzlich vermie- den wird. Der erfindungsgemäß ausgebildete, mehrteilige Stellkolben hat dann hinsichtlich des Leckageverhaltens keine Nachteile mehr gegenüber einem ein- stückigen Stellkolben. Alternativ können bei gleichem Leckagevolumenstrom wie bei mit einem mehrteiligen Stellkolben ohne die erfindungsgemäße Ausgestaltung größere Fertigungstoleranzen zugelassen werden, wodurch sich geringere Ferti- gungskosten des Zylinder-Kolbentriebs ergeben. Da bei Kegelsitzen die einander zugeordneten Kegelflächen um so mehr zusammengepreßt werden, je größer die Druckdifferenz in den beiden Druckkammern ist, ist die Dichtwirkung in vorteilhaf- ter Weise selbstverstärkend.

Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der im Patentanspruch 1 angegebenen Er- findung möglich.

Besonders bevorzugt weisen die Kegelwinkel der einander zugeordneten Ke- gelflächen eine geringfügige Winkeldifferenz auf und kontaktieren sich im wesent-

lichen in Form einer Linienberührung. Ein solcher Kegelsitz, bei welchem sich aufgrund eines Differenzwinkefs eine Linienberührung ergibt, zeichnet sich durch eine besonders hohe Dichtigkeit aus, weil die Linienberührung die Wirkung einer unter Vorspannung gegen eine Dichtfläche gepreßten Dichtkante hat.

Zeichnungen Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. In der Zeichnung zeigt : Fig. 1 einen Teilquerschnitt durch eine bevorzugte Ausführungsform eines er- findungsgemäßen Zylinder-Kolbentriebs als Aktuator zur Betätigung eines Gaswechselventils in einer Ventilschließstellung ; Fig. 2 den Aktuator von Fig. 1 in Ventilöffnungsstellung.

Beschreibung des Ausführungsbeispiels Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Zylin- der-Kolbentriebs ist in Fig. 1 eine schematische Teilschnittansicht eines hydrau- lisch gesteuerten Aktuators 1 zur Betätigung eines Gaswechselventils 2 einer Brennkraftmaschine in Gebrauchslage dargestellt, d. h. daß in der Figur unten dargestellte Bauelemente auch unten eingebaut sind. Das Gaswechselventil 2 kann als Einlaßventil zum Steuern eines Einlaßquerschnitts und als Auslaßventil zum Steuern eines Auslaßquerschnitts verwendet werden. Das Gaswechselventil 2 weist einen Ventilstößel 4 auf, an dessen unterem Ende ein aus Maßstabsgrün- den nicht dargestellter Ventilteller angeordnet ist, welcher mit einer in einem Zy- linderkopf der Brennkraftmaschine ausgebildeten Ventilsitzfläche zusammenwirkt, um ihn durch lineare Betätigung des Ventilstößels 4 mehr oder weniger von der

Ventilsitzfläche abzuheben und einen bestimmten Strömungsquerschnitt frei- zugeben.

Der hydraulisch gesteuerte Aktuator 1 hat einen in einem Zylinder 6 axial ver- schieblich gehaltenen und auf den Ventilstößei 4 wirkenden Stellkolben 8, wel- cher den Zylinder 6 in zwei von ihm auf voneinander abgekehrten Stirnseiten be- grenzte, hydraulische Druckkammern unterteilt, nämlich eine obere Druckkammer 10 und eine untere Druckkammer 12. Die beiden Druckkammern 10,12 sind mit Hydrauliköf befüllt und stehen über Druckleitungen mit einer Druckversorgungs- einrichtung in Verbindung. Die Stirnflächen des Stellkolbens 8 stellen Wirkflächen für den in den Druckkammern 10, 12 anstehenden Hydraulikdruck dar, wobei die Druckkammer 12 vorzugsweise stets unter Druck steht und der Druckraum 10 mit vorzugsweise gleichem Druck beaufschlagt wird, um über die größere, diesem Druckraum 10 zugewandte Stirnfläche des Stellkolbens 8 das Gaswechseiventil 2 zu öffnen bzw. es durch, Druckabbau im Druckraum 10 zu schließen. Die prinzi- pielle Funktionsweise eines solchen hydraulisch gesteuerten Aktuators 1 ist bei- spielsweise aus der DE 198 26 047 A1 bekannt, deshalb soll hier nicht weiter darauf eingegangen werden.

Im Unterschied zur genannten Schrift ist der Stellkolben 8 derart ausgebildet, daß sich die Flächengröße der beiden Wirkflächen längs des Verschiebewegs des Stellkolbens 8 ändert, um bestimmte Anforderungen an den Aktuator 1 beim Öffnen und Schließen des Gaswechselventils 2 zu erfüllen. Diese Anforderungen können beispielsweise darin bestehen, daß eine hohe Öffnungskraft zu Beginn des Öffnungshubs des Gaswechselventils 2 vorhanden ist, damit das Gaswech- selventil 2 gegen den Restgasdruck öffnen kann, und andererseits eine deutliche Reduzierung der vom Aktuator 1 aufgebrachten Verstellkraft nach diesem Bruch- teil des Gesamthubs, damit der zum Verstellen des Gaswechselventils 2 erforder- liche Energieverbrauch reduziert wird.

Diesen Forderungen werden vorliegend dadurch erfüllt, daß der Stellkolben 8 derart ausgebildet ist, daß bei einer Verschiebung aus seiner in Fig. 1 gezeigten

Ventilschließstellung heraus die obere öffnende Wirkfläche 14 im Anfangsbereich Si des Verschiebewegs größer ist als im übrigen Verschiebeweg s2. Hierzu redu- ziert sich die obere öffnende Wirkfläche 14 nach dem vorgegebenen Verschiebe- weg si um einen vorgegebenen Betrag und bleibt bis zum Hubende konstant.

Hingegen bleibt die untere schließende Wirkfläche 16 des Stellkolbens 8 über den gesamten Schließhub Si + s2 generell konstant. Das Gaswechselventil 2 wird also mit großer Verschiebekraft geöffnet, die dann nach dem Verschiebeweg si schlagartig abfällt und über den Resthub s2 konstant bleibt.

Hierzu ist der Stellkolben 8 mehrteilig ausgebildet und besteht aus mehreren, vorzugsweise zwei ineinander gesetzten und relativ zueinander verschiebbaren Teilkolben, nämlich einem äußeren Ringkolben 18 und einem inneren Differenti- alkolben 20. Der Differentialkolben 20 ist entweder einstückig mit dem Ventilstö- ßel 4 ausgeführt oder, wie in Fig. 1 und Fig. 2 dargestellt, als Ringkörper mit ge- stufter Bohrung auf den ebenfalls gestuften Ventilstößel 4 aufgepreßt. Der Zylin- der 6 weist ebenfalls eine Bohrungsstufe 22 auf, wobei ein oberer Zylinderab- schnitt 24 mit größerem Durchmesser beide Teilkolben 18,20 aufnimmt und ein unterer Zylinderabschnitt 26 mit kleinerem Durchmesser nur den Differentialkol- ben 20 führt. Weiterhin weist der Ringkolben 18 eine kleinere axiale Länge auf als der Differentialkolben 20, dessen Stirnflächen sowohl der oberen Druckkam- mer 10 wie auch der unteren Druckkammer 12 zugewandt sind, während vom Ringkolben 18 lediglich eine Stirnfläche, nämlich die obere Stirnfläche mit einer Druckkammer 10 zusammenwirkt.

Der kürzere Ringkolben 18 ist an seiner radial äußeren Umfangsfläche vom oberen Zylinderabschnitt 24 und an seiner radial inneren Umfangsfläche von ei- nem am Differentialkolben 20 ausgebildeten, zylindrischen Führungsabschnitt 28 geführt, während der Differentialkolben 20 durch den unteren Zylinderabschnitt 26 des Zylinders 6 geführt ist. Das obere, der oberen Druckkammer 10 zuge- wandte und sich dem Führungsabschnitt 28 anschließende Ende des Differential- kolbens 20 ist im Durchmesser reduziert, um eine radial äußere Anschlagfläche

30 für eine zugeordnete radial innere Anschlagfläche 32 des Ringkolbens 18 be- reitzustellen, welche an einem Ringvorsprung 34 ausgebildet ist, wie Fig. 2 zeigt.

Durch eine an der Bohrungsstufe 22 des Zylinders 6 ausgebildete radial inne- re Anschlagfläche 36 wird der Verschiebeweg des Ringkolbens 18 begrenzt, in- dem dieser an seinem der unteren Druckkammer 12 zugewandten Ende mit einer zugeordneten radial äußeren Anschlagfläche 38 versehen ist (Fig. 1). Hingegen kann der Verschiebeweg des längeren Differentialkolbens 20 den Gesamthub si + s2 des Stellkolbens 8 durchlaufen. Die Bohrungsstufe 22 des Zylinders 6 entkop- pelt außerdem den Ringkolben 18 vollständig von der unteren Druckkammer 12.

Der Raum 39 zwischen der Bohrungsstufe 22 des Zylinders 6 und dem Ringkol- ben 18 ist gegen die Umgebung drucklos entlastet.

Bei der Verschiebung der Stellkolbens 8 aus seiner in Fig. 1 dargestellten Ventilschließstellung heraus in Ventilöffnungsrichtung, was durch Einsteuern von Fluiddruck in die obere Druckkammer 10 bewirkt wird, werden zunächst beide Teilkolben 18,20 druckbeaufschlagt und zusammen nach unten verschoben. Die öffnende, obere Wirkfläche 14 des Stellkolbens 8 setzt sich dann aus den beiden ringförmigen Stirnflächen der beiden Teilkolben 18,20 zusammen und ist maxi- mal. Hat der Stellkolben 8 den Hubweg si zurückgelegt, so stößt die radial äuße- re Anschlagfläche 38 des Ringkolbens 18 an der zugeordneten Anschlagfläche 36 des Zylinders 6 an, wodurch der Ringkolben 18 an der weiteren Verschiebung des Stellkolbens 8 nicht mehr teilnimmt. Die öffnende Wirkfläche 14 ist damit auf die vom Fluiddruck beaufschlagte Stirnfläche des inneren Differentialkolbens 20 reduziert, so daß die Stellkraft des Aktuators 1 sich verkleinert und der Energie- bedarf bei der weiteren Öffnung des Gaswechselventils 2 sinkt.

Wird nach Erreichen der Öffnungsstellung des Gaswechselventils 2 der Schließvorgang durch Entlasten der oberen Druckkammer 10 eingeleitet, so wird nach Zurücklegen des Verschiebewegs s2 durch den inneren Differentialkolben 20 der äußere Ringkolben 18 über den Verschiebeweg s, vom inneren Differenti- alkolben 20 bis in die Schließstellung des Stellkolbens 8 mitgenommen, indem

die beiden einander zugeordneten Anschlagflächen 30,32 am Differentialkolben 20 und am Ringkolben 18 aneinander zur Anlage kommen, wie in Fig. 1 gezeigt ist.

Wie aus Fig. 1 und Fig. 2 hervorgeht, sind die jeweils einander zugeordneten Anschlagflächen 30,32 und 36,38 als im Anschlagfall jeweils einen Kegelsitz 40, 42 bildende Kegelflächen ausgebildet, welche abhängig von der Richtung der je- weils wirkenden Stellkraft zusammengepreßt oder außer Eingriff gebracht wer- den. Genauer bilden im Anschlagfall gemäß Fig. 1 (Ventilschließstellung) die radi- al innere Kegelfläche 32 des Ringkolbens 18 und die radial äußere Kegelfläche 30 des Differentialkolbens 20 einen Kegelsitz 40 sowie gemäß Fig. 2 (Ventilöff- nungsstellung) die radial äußere Kegelfläche 38 des Ringkolbens 18 und die ra- dial innere Kegelfläche 36 des Zylinders 6 einen weiteren Kegelsitz 42.

Dabei weisen die einander zugeordneten Kegelflächen 30,32 und 36,38 vor- zugsweise geringfügig unterschiedliche Kegelwinkel auf, so daß sie sich im we- sentlichen in Form einer Linienberührung kontaktieren, welche im vorliegenden Fall jeweils die Form eines umlaufenden Kreisrings 44,46 hat. Die Kegelwinkel- differenz zwischen den einander zugeordneten Kegelflächen 30,32 und 36,38 ist in Fig. 1 und Fig. 2 aus Gründen einer besseren Veranschaulichung stark übertrie- ben dargestellt.

In Weiterbildung des beschriebenen Stellkolbens 8 kann dieser auch aus mehr als nur zwei Stellkolben 18,20 zusammengesetzt sein. Die einzelnen Teil- kolben haben dann wiederum unterschiedliche Längen und werden durch ent- sprechende Festlegung ihrer Hubwege bei der weiteren Verschiebung des Stell- kolbens wirkungslos, so daß sich die öffnende Wirkfläche des Stellkolbens über dessen Gesamthub mehrmals ändert. Es versteht sich, daß die an den mehreren Teilkolben vorhandenen Anschlagflächen ebenfalls als Kegelflächen ausgebildet sind und sich mit der zugeordneten Kegelfläche des anderen Teilkolbens bzw. des Zylinders jeweils zu einem Kegelsitz ergänzen.