Aktorvorrichtung zur Verstellung eines Schiebenockensystems

Beschreibung

Gebiet der Erfindung Aktorvorrichtung eines Schiebenockensystems mit zumindest einem Schiebenocken und mit zumindest einem aus einem Gehäuse herausragenden Eingriffsstift, wobei das Gehäuse an einem Bauteil eines Zylinderkopfes oder an dem Zylinderkopf einer Brennkraftmaschine befestigbar und der Eingriffsstift mit zumindest einer Nut des Schiebenockensystems kontaktierbar ist, die zumindest eine Auswurframpe aufweist, und wobei der Eingriffsstift in Richtung zum Schiebenocken federbelastet ist.

Hintergrund der Erfindung

Eine derartige gattungsbildende Aktorvorrichtung ist aus der DE- 102 40 774 A1 bekannt. Ausgehend von der eingezogenen inneren Lage des Eingriffsstiftes erfolgt eine Aktivierung des Eingriffsstiftes durch Bestromung einer Spule, wodurch ein magnetisches Feld erzeugt wird, das dem Feld eines Permanentmagneten gegengerichtet ist und dieses verdrängt. Die Verdrängung des Feldes verursacht eine Verringerung der Haltekraft zwischen Permanentmagnet und Spulenkern, so dass das durch die Spule erzeugte Magnetfeld und die Kraft einer 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 Lage wird durch die Auswurframpe eingeleitet, die den Eingriffsstift gegen die Kraft der Feder so weit und mit solcher Beschleunigung von dem Schiebenocken weg bewegt, dass der Eingriffsstift bei abgeschalteter Bestromung der Spule durch den Permanentmagneten und dessen Magnetfeld am Spulenkern festgehalten wird. Bei der gattungsgemäßen Aktorvorrichtung wird als nachteilig empfunden, dass ein Permanentmagnet erforderlich ist, der temperaturanfällig ist und nur eine geringe Lebensdauer hat. Weiterhin wird eine nicht unerhebliche Energie benötigt, um das Ausfahren des Eingriffsstiftes einzuleiten. Auch ist durch den Aufbau des Magnetfeldes eine gewisse Zeitverzögerung gegeben.

Aufgabe der Erfindung

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Aktorvorrichtung mit den eingangs beschriebenen Merkmalen so zu modifizieren, dass die beschriebenen Nachteile vermieden werden und nur wenig Bauteile benötigt werden, so dass die Montage und die Montagekosten verringert werden. Die Ansteuerung soll darüber hinaus auch schnell wirksam sein.

Zusammenfassung der Erfindung

Die Aufgabe der Erfindung wird dadurch gelöst, dass der/die Eingriffsstift(e) oder zumindest ein mit den Eingriffsstiften verbundenes Bauteil in ihrer eingefahrenen, der Nut abgewandten Position mittels einer arretierbaren Rasteinrichtung festlegbar sind.

Wird also die Arretierung der Rasteinrichtung gelöst, so können der oder die Eingriffsstifte aufgrund ihrer Federbelastung ohne Verzögerung ausfahren. Die arretierbare Rasteinrichtung ist daher nicht direkt an der Bewegung des oder der Eingriffsstifte beteiligt, so dass der Bauaufwand und die benötigten Kräfte geringer als bei der gattungsbildenden Vorrichtung sind.

In vorteilhafter Weise weist die Rasteinrichtung zumindest ein Rastelement auf, das mit zumindest einer Rastnut an dem Eingriffsstift oder dem Bauteil in Wirkverbindung steht. Dabei ist das Rastelement, das vorzugweise als Kugel ausgebildet ist, in einer Schaltkulisse radial zum Eingriffsstift beweglich geführt und quer dazu festgelegt. Die Rastnut ist dem Rastelementkopf oder der Kugel angepasst und umschließt diese nur soweit, dass eine Querbewegung zwischen der Rastnut und dem Rastelementkopf oder der Kugel die Verrastung löst. Sobald also das Rastelement oder die Kugel aus der Rastnut austritt, weil sie nicht mehr in der Rastnut gehalten werden, erfolgt eine kurzfristige Freigabe des Eingriffsstiftes, der dann die Nut des Schiebenockensystems kontaktieren kann. Dabei ist insbesondere auch die Schnelligkeit des Austritts des Eingriffsstiftes aus dem Gehäuse bedeutsam, da sich das Schiebenockensystem auf einer drehenden Welle befindet, die mit halber Drehzahl der Kurbelwellendehzahl der Brennkraftmaschine umläuft.

In vorteilhafter Weise ist die Führung des Rastelements oder der Kugel als Bohrung in der Schaltkulisse ausgeführt, wobei sich die Bohrung in Richtung Rastnut auf ein Maß kleiner als die Abmessung bzw. der Durchmesser des Rastelements oder Kugel verjüngt. Dadurch wird sichergestellt, dass das Rastelement oder die Kugel nicht nach innen aus der Bohrung austreten kann, wenn sich das Rastelement oder die Kugel nicht auf dem Eingriffsstift abstützen kann.

Die Schaltkulisse ist in vorteilhafter Weise bügel- oder topfartig ausgeführt, mittels einer sich direkt oder unter Zwischenschaltung des Bauteils am Gehäuse abgestützten Druckfeder in Richtung zum Eingriffsstift belastet und durch eine zentrale Öffnung an einem Bolzen geführt. Dabei steht die zentrale Öffnung drehfest, aber verschiebbar mit dem Bolzen in Verbindung. Der Bolzen seinerseits ist Bestandteil eines Drehmotors, der fest am Gehäuse abgestützt ist. Dadurch kann der Drehmotor über den Bolzen und die zentrale Öffnung eine Drehbewegung auf die Schaltkulisse ausführen, wodurch das/die Rastelemente oder die Kugel(n) aus der Rastnut bewegt und die Eingriffsstifte freigegeben werden. Der Durchmesser der Eingriffsstifte und damit der Durchmesser der Rastnuten ist erheblich kleiner als der Radius der Lage der Rastelemente oder Kugeln an der Schaltkulisse, sodass nach einer kleinen Drehung der Schaltkulisse die Eingriffsstifte freigegeben werden.

Das/die Rastelement(e) oder die Kugel(n) sind mittels eines Federbleches in Richtung zur Rastnut vorgespannt, so dass diese in die Rastnut eingreifen, sobald sie diese erreichen. Die Kraft des Federbleches reicht aus, das Rastelement oder die Kugel in der Rastnut zu halten und den Eingriffsstift zu arretieren.

Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung wird vorgeschlagen, dass die Schaltkulisse von einem Aktortopf umgeben ist, der magnetisch ausgeführt, am Bolzen axial beweglich gelagert ist und einen Randbereich mit kegelförmiger Innenfläche aufweist, an der zumindest ein Rastelement abgestützt ist. Dabei ist im Anschluss an den Bolzen eine Elektromagneteinheit im Gehäuse zumindest axial fixiert eingebaut, durch die der Aktortopf verschiebbar ist.

Bei diesem Ausführungsbeispiel wird daher das/die Rastelement(e) oder die Kugel(n) durch Verschieben des Aktortopfes durch den Elektromagneten freigegeben, wobei die kegelförmige Innenfläche des Aktortopfes die Rastelemente radial freigibt. Dabei ist bedeutsam, dass die Rastnut den Rastelementkopf bzw. die Kugel nur so weit umschließt, dass durch den Rand der Rastnut eine Radialverschiebung des/der Rastelemente und der Kugel(n) erfolgen kann.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Zur weiteren Erläuterung der Erfindung wird auf die Zeichnungen verwiesen, denen zwei Ausführungsbeispiel der Erfindung vereinfacht dargestellt sind. Es zeigen:

Fig. 1 und 2: Schnitte durch eine Aktorvorrichtung mit einem und zwei

Eingriffsstiften in Arretierposition gemäß dem einen Ausführungsbeispiel der Erfindung,

Fig. 3 und 4: Schnitte entsprechend den Figuren 1 und 2, bei denen die

Eingriffsstifte gelöst und ausgefahren sind, Fig. 5 und 6: Schnitte entsprechend den Figuren 1 und 2, bei denen die arretierbare Rasteinrichtung in Arretierposition zurückgedreht ist, mit ausgefahrenen Eingriffsstiften und

Fig. 7 und 8: Schnitte entsprechend den Figuren 1 und 2 während der

Rückbewegung der Eingriffsstifte durch die Auswurframpe(n) in die Arretierposition.

Fig. 9 und 10: Schnitte durch eine Aktorvorrichtung ähnlich den Figuren 1 und 2 mit einer anders gearteten arretierbaren Rasteinrichtung,

Fig. 11 und 12: Schnitte durch die Aktorvorrichtung gemäß den Figuren 9 und 10, bei denen die als Rastelemente ausgebildeten Kugeln zur Entriegelung freigegeben sind,

Fig. 13 und 14: Schnitte entsprechend den Figuren 9 und 10, in denen die

Eingriffsstifte ausgefahren sind und

Fig. 15 und 16: Schnitte entsprechend den Figuren 9 und 10, bei denen sich die Eingriffsstifte in einer Position am Anfang der

Auswurfsrampe und am Beginn der Rückbewegung in die Arretierposition befinden. Detaillierte Beschreibung der Zeichnungen

In den Figuren 1 bis 16 ist, soweit im Einzelnen dargestellt, mit 1 ein Gehäuse bezeichnet, in dem Eingriffsstifte 2 axial beweglich gelagert sind. Die Eingriffsstifte 2 sind in Richtung Austritt aus dem Gehäuse mittels Druckfedern 3 belastet. Die Eingriffsstifte 2 weisen weiterhin an ihrem dem Gehäuse zugewandten Endbereich Rastnuten 4 auf, an die sich zylindrische Abschnitte anschließen, an deren Enden Endfasen 5 angeformt sind. Im Innenraum des Gehäuses 1 ist eine die Enden der Eingriffsstifte umgreifende Schaltkulisse 6 vorgesehen, die topfartig ausgebildet ist und einen endseitigen Rand aufweist, der mit einer Feder 7 druckbelastet ist, wobei die Feder 7 sich zumindest indirekt am Gehäuse 1 abstützt und die Schaltkulisse 6 in Richtung zu den Eingriffsstiften 2 vorspannt. Die Schaltkulisse 6 weist eine zentrale Öffnung 8 auf, in die ein Bolzen 9 hineinragt.

In dem Ausführungsbeispiel gemäß den Figuren 1 bis 8 ist die Schaltkulisse 6 über die zentrale Öffnung 8 drehfest mit dem Bolzen 9 verbunden, z.B. dadurch, dass die zentrale Öffnung und der Bolzen ein Vierkantprofil aufweisen. Der Bolzen 9 seinerseits ist Bestandteil eines Drehmotors 10, der drehfest im Gehäuse 1 gelagert ist. Der Drehmotor 10 stützt sich an einer Sicherungsscheibe 11 ab und leistet der Kraft der Feder 7 Widerstand. In der Schaltkulisse 6 sind weiterhin Bohrungen eingearbeitet, die sich in Richtung zu den Eingriffsstiften 2 verjüngen und einen Innenanschlag für die als Rastelemente ausgebildeten Kugeln 12 bilden. Die Kugeln 12 sind außerhalb der Schaltkulisse durch ein Federblech 13 in Richtung zu den Rastnuten 4 vorgespannt.

Wie den Figuren 1 und 2 zu entnehmen ist, greifen die Kugeln 12 belastet durch die Radialkraft des Federbleches 13 in die Rastnuten 4 der Eingriffsstifte 2 ein und halten diese in der Arretierposition entgegen der Kraft der Druckfedern 3 fest. Sollen die Eingriffsstifte 2 gelöst werden, so wird der Drehmotor 10 aktiviert, der über den Bolzen 9 und die zentrale Öffnung 8 die Schaltkulisse 6 so weit verdreht, dass die Kugeln 12 die Rastnuten verlassen und die Eingriffsstifte 2 freigeben. Die Kugeln 12 sind sowohl in dem Ausführungsbeispiel gemäß den Figuren 1-8 als auch in dem Ausführungsbeispiel gemäß den Figuren 9-16 auf einem Radius an der Schaltkulisse 6 abgeordnet, der erheblich größer ist als der Durchmesser der Eingriffsstifte 2. Die Lage der Eingriffsstifte 2 ist im Gehäuse 1 aber so gewählt, dass die Kugeln 12 die Rastnuten 4 erreichen können.

In den Figuren 3 und 4 ist die Position der Schaltkulisse 6 dargestellt, in der die Kugeln 12 die Rastnuten 4 verlassen haben und die Eingriffsstifte 2 ausgefahren sind. Anschließend wird die Schaltkulisse 6 wieder in eine solche Position verdreht, dass die Kugeln 12 die Rastnuten 4 der Eingriffsstifte 2 erreichen können. Der Drehmotor 10 kann entweder durch einen internen Anschlag in der Drehbewegung begrenzt sein, wobei dessen Welle anschließend durch eine interne Drehfeder zurückgestellt wird oder er kann sich inkrementell weiter drehen bis zunächst die Kugeln 12 die Rastnuten 4 freigeben und anschließend um einen entsprechenden Drehwinkel weiter drehen, bis die Kugeln 12 die Rastnuten 4 wieder erreichen.

Die Auswurframpen des Schiebenockensystems beginnen danach gemäß den Figuren 5 und 6 die Eingriffsstifte zurückzuschieben, wobei die Endfasen 5 die Kugeln 12 nach außen gegen die Kraft des Federbleches 13 bewegen und die Kugeln nach weiterer Bewegung in die Rastnuten 4 einrasten, wodurch der Ausgangszustand gemäß den Figuren 1 und 2 erreicht ist. Die Figuren 7 und 8 zeigen eine Zwischenstellung, in der die Kugeln 12 bereits durch die Endfasen nach außen gedrückt worden sind, die Rastnuten 4 aber noch nicht erreicht haben.

Die Figuren 9 bis 16 unterscheiden sich dadurch von den Figuren 1 bis 8, dass die Schaltkulisse 6 von einem Aktortopf 14, der ebenfalls auf dem Bolzen 9 gelagert ist, umgeben ist. In dem Ausführungsbeispiel gemäß der Figuren 9 bis 6 ist im Anschluss an den Bolzen 9 eine Elektromagneteinheit 15 im Gehäuse 1 eingebaut, die den Aktortopf 14, der ferromagnetisch ausgebildet ist, anziehen oder abstoßen bzw. freigeben kann. Die Schaltkulisse 6 ist in diesem Ausführungsbeispiel nicht magnetisch und vorzugsweise aus einem Nicht-Eisen- Werkstoff, insbesondere Kunststoff, hergestellt. Der Aktortopf 14 hat an einem der Elektromagneteinheit 15 abgewandten Ende einen kegelförmig ausgebildeten Randbereich 16, so dass der Aktortopf 15 bei der durch die Elektromagneteinheit 15 angezogenen Position die Kugeln 12 freigibt und in seiner Gegenposition über den Randbereich 16 die Kugeln 12 in einer Position arretiert, in der sie in die Rastnuten 4 eingreifen. In den Figuren 11 und 12 ist der Aktortopf 14 von der Elektromagneteinheit 15 angezogen und die Kugeln 12 sind freigegeben. Die Figuren 13 und 14 zeigen die Position der Eingriffsstifte 2, die durch die Druckfedern 3 vorgegeben ist, wobei sich die Eingriffsstifte 2 in den nicht dargestellten Nuten des Schiebenockensystems befinden.

Die Eingriffsstifte 2 sind in den Figuren 15 und 16 durch die Auswurframpe bereits etwas angehoben, so dass die Kugeln 12 die Endfasen 5 der Eingriffsstifte kontaktieren. Die Kugeln 12 liegen zwar noch außen an dem Randbereich 16 des Aktortopfes 14 an, die Schaltkulisse 6 ist aber bereits teilweise angehoben, so dass beim weiteren Anheben des Aktortopfes 14 die Kugeln 12 freigegeben werden oder diese in Verbindung mit der weiteren Einwärtsbewegung der Eingriffsstifte 2 und der Spannkraft der Feder 7 den Aktortopf 14 über den Randbereich 16 anheben, so dass die Ausgangsposition gemäß den Figuren 9 und 10 erreicht wird.

In den Figuren 9-16 ist im Gehäuse 1 eine Entlüftungsbohrung 17 vorgesehen, die bis zu den Räumen der Druckfedern 3 reicht und diese mit der Umgebung verbindet.

Bezugszeichenliste

Gehäuse

Eingriffsstifte

Druckfeder

Rastnuten

Endfasen

Schaltkulisse

Feder

Federteller

zentrale Öffnung

Bolzen

Drehmotor

Sicherungsscheibe

Kugeln

Federblech

Aktortopf

Elektromagneteinheit

Randbereich

Entlüftungsbohrung