Beschreibung

Gebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft einen Magnetaktor eines Schiebenockensystems der als translatorisch wirkender, elektrisch betätigbarer Stellaktor ausgebildet ist, mit einem Anker, der mit einem Stößel verbunden ist, wobei der Stößel bei einem Ausfahren von ihm in Wirkbeziehung mit einer Kulisse auf einer Nockenwelle bringbar ist, um eine Nockenwellenverstellung hervorzurufen, und mit einem Polbauteil und mit einem Jochbauteil, die beide in Wirkbeziehung mit dem Anker stehen, mit einer in einem Gehäuse befindlichen Spule, durch die Strom leitbar ist, um eine Magnetkraft eines ebenfalls enthaltenen Permanentmagneten zu beeinflussen, der den Stößel in einer kulissenfernen, eingefahrenen, d.h. ersten Stellung hält und in Bezug auf die Spule und/oder das Gehäuse unbeweglich ist, sowie mit einer Feder, die eine Kraft zur Verfügung stellt, um den Stößel in eine ausgefahrene, in die Kulisse eingedrungene, d.h. zweite Stellung zu verbringen. Der Anker ist das bewegliche Stellglied und könnte auch als Läufer bezeichnet werden. Er ist zwischen dem Polbauteil und dem Jochbauteil hin- und herbewegbar. Der Anker läuft meist im Jochbauteil, das auch als Joch bezeichnet werden kann, wobei der Endanschlag durch das Gehäuse des Stößels gebildet wird. Der Magnetaktor könnte auch als Magnetaktuator bezeichnet werden.

Aus dem Stand der Technik sind bereits Ventiltriebe mit Nockenumschaltungen für Gaswechselventile einer Viertaktverbrennungskraftmaschine bekannt. So offenbart bspw. die DE 10 2004 008 670 A1 einen Ventiltrieb mit Nockenum- Schaltung 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 Teilwelle verdrehfest verbunden ist; das Nockenstück weist pro Gaswechselventil zwei nebeneinan- der 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 her- schiebbar 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.

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 be- wegbarem 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. Ähnliche Aktuatoren sind auch aus den Druckschriften DE 10 2009 049 009 A1 und DE 10 2009 043 722 A1 bekannt. Die aus dem Stand der Technik bekannten Lösungen haben häufig den Nachteil, dass der Bauraum für die Feder durch die Verschachtelung von Anker und Joch stark eingeschränkt wird. Auch werden häufig zu viele Bauteile verwendet. Ferner ist die Führung des Ankers im Joch aus Gründen der Robustheit und Schaltzeitanforderung nicht als optimal zu bezeichnen. Hier gibt es Ver- besserungspotenzial. Eine„End-of-line"-Anpassung oder Einstellung des Systems ist meistens nicht möglich, so dass sich Chargen- oder fertigungsbedingte Streuungen, z.B. hervorgerufen durch Fertigungsabweichungen an den Federn oder den Permanentmagneten, direkt auf die Eigenschaften des Aktors auswirken.

Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, diese Nachteile zu vermeiden und einen verbesserten Aktor mit eingängigem Funktionsprinzip zur Verfügung zu stellen, das jedoch in puncto Bauraumnutzung, Robustheit und Schaltzeitanforderungen sowie Einstellbarkeit verbessert ist.

Offenbarung der Erfindung

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass die Feder in beiden Stellungen des Stößels, also den End- / Extremstellungen, d.h. der ersten und zweiten Stellungen, sowohl mit dem Polbauteil, als auch dem Anker und / oder einer Stößelbaugruppe in kraftübertragender Wirkbeziehung steht.

Dadurch wird ein neues, eindeutig abgegrenztes Konzept zur Verfügung gestellt, bei dem eine Hülse zur Entkoppelung der Feder in einer ausgefahrenen Endlage nicht zwingend notwendig ist. Eine Lösung, die den Bauraum besser nutzt und weniger Bauteile verwendet, wird dadurch zur Verfügung gestellt. Es wird dadurch ein bistabiles Aktorkonzept mit Magnetkrafthalterung in einer ersten Endlage und eine Federkrafthalterung in einer zweiten Endlage geschaffen. Die Überführung von der ersten Stellung in die zweite Stellung erfolgt durch eine Kompensationskraft, die elektromagnetisch aufgebracht wird. Diese Kompensationskraft wirkt der permanentmagnetischen Kraftwirkung entgegen. Eine dem Ausfahren des Stößels entgegengesetzte Bewegung kann durch eine äu- ßere Kraft erfolgen.

Der Ausgleich fertigungsbedingter Streuungen erfolgt über einen Einstellpro- zess, der durch die erfindungsgemäße Konzeption überhaupt erst möglich wird. Bei diesem Einstellprozess kann die Vorspannung der Feder variiert werden, wodurch die Auslöseschwelle des Systems definiert wird.

Vorteilhafte Ausführungsformen sind in den Unteransprüchen beansprucht und werden nachfolgend näher erläutert. So ist es von Vorteil, wenn der hülsenartig ausgebildete Anker zwischen dem Polbauteil und dem Jochbauteil befindlich ist, da dann der Anker zwischen dem Polbauteil und dem Jochbauteil bei einfacher Anordnung der Einzelkomponenten hin und her bewegbar ist. An der Stelle sei auch erwähnt, dass es von Vorteil ist, wenn ein Arbeitsspalt zwischen dem Anker und dem Polbauteil auf der Seite des Permanentmagneten des Ankers befindlich ist. Dadurch wird es möglich, alle oder nahezu alle beweglichen Teile in einem inneren Bereich anzuordnen. Die ortsfesten Teile können an einem äußeren Bereich belassen werden.

Auch ist es von Vorteil, wenn das Polbauteil zumindest dann teilweise radial innerhalb des Ankers befindlich ist, wenn der Stößel in der ersten Stellung befindlich ist. Zweckmäßig ist es, wenn der Arbeitsspalt in Axialrichtung verlaufend, nach Art eines Ringes ausgebildet ist. Die Montage der Einzelteile wird dadurch wesentlich einfacher. Für einen besonders kompakten Aufbau ist es von Vorteil, wenn das Polbauteil als Polscheibe, vorzugsweise als gestufte Vollscheibe ausgebildet ist.

Für die Positionierung der Feder ist es u.a. von Vorteil, wenn die Polscheibe zumindest teilweise radial innerhalb des Ankers befindlich ist.

Ein vorteilhaftes Ausführungsbeispiel ist auch dadurch gekennzeichnet, dass eine Dichthülse das Polbauteil und den Anker nach außen abdichtet, vorzugsweise unter Nutzung eines Deckels und eines Anschlagbauteils. Eine solche Dichthülse kann so ausgebildet sein, dass sie den inneren Bereich vom äußeren Bereich trennt und das System dichtet.

In Weiterbildung dieses Ausführungsbeispiels hat es sich als vorteilhaft herausgestellt, wenn der Deckel zwischen der Polscheibe und dem Permanent- magneten, eine Stirnseite der Dichthülse verschließend auf / an ihr form-, kraft- und/oder stoffschlüssig angebracht ist.

Dabei ist es auch von Vorteil, wenn das Anschlagbauteil als ein radial innerhalb eines Gehäuses angeordneter Stufenzylinder ausgeformt ist, zwischen denen die Dichthülse befindlich ist.

Vorteilhaft ist es ferner, wenn das Anschlagbauteil form-, kraft- und/oder stoffschlüssig mit der Stirn- und/oder Innenseite der Dichthülse verbunden ist. Als ein besonders präzises Funktionieren hat sich herausgestellt, wenn eine vorzugsweise ringartige Antiklebscheibe im Arbeitsspalt vorhanden ist.

Dabei sei auch herausgestellt, dass es von Vorteil ist, wenn eine Antiklebscheibe aus unmagnetischem Werkstoff, wie Kunststoff, ausgeformt ist und vorzugsweise eine durchgehende , d.h. ununterbrochene ringförmige Geometrie aufweist. Es ist aber alternativ auch von Vorteil Unterbrechungen einzufügen, um hydraulisches Kleben im Betrieb zu vermeiden. Auch ist es von Vorteil, wenn die Antiklebscheibe eine Stirnseite des Ankers bedeckt.

Zweckmäßig ist es ferner, wenn in der ersten Stellung des Stößels ein Magnet- kreis aufgebaut ist, der die Bauteile Anker, Jochbauteil, Gehäuse, Deckel, Permanentmagnet und Polscheibe umfasst, also der Magnetkreis und der damit einhergehende Magnetfluss durch diese Bauteile verläuft.

Vorteilhaft ist es ferner, wenn im Anker ein Federteller befindlich ist, der zwi- sehen dem Stößel und/oder dem Anker und der Feder angeordnet ist. Dann kann über die Position des Federtellers die Vorstellspannung der Feder festgelegt und bestimmt werden. Über einen hohlen Stift kann ein Einstellwerkzeug zum Verschieben des Federtellers geführt werden. Zweckmäßig ist es dabei, wenn der Federteller einen U-artigen Querschnitt nach Art einer Hülse mit geschlossenem Boden aufweist und/oder der Federteller kraftschlüssig mit dem Anker verbunden ist. Dabei ist es auch von Vorteil, wenn der Federteller einen größeren Außendurchmesser als der Innendurchmesser des Ankers aufweist.

Durch eine entsprechende Wahl der Einstellgrenzen und Auslegung des Prozesses kann sowohl eine geringe Streuung der Auslöseschwelle und damit der Schaltzeit ausgeglichen werden, als auch der Ausschuss gemindert werden. Dadurch kann die Streuung von Permanentmagnet und Feder kompensiert werden und der Einstellprozess gewinnbringend optimiert werden.

Vorteilhaft ist es, wenn ein Anschlag im Gehäuse vorhanden ist, so dass der Anker in ausgefahrener Position kraftschlüssig durch die Feder gehalten wird. Es ist von Vorteil, wenn die Dichthülse die Feder im Anker aufnimmt und verschiebbar ist, wobei weiter vorzugsweise ein hohler Pin zur Zuführung eines Werkzeugs vorhanden ist. Die Erfindung wird nachfolgend auch mit Hilfe eines Ausführungsbeispiels anhand einer Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine Teilschnittansicht durch einen erfindungsgemäßen Magnetaktor für ein Schiebenockensystem in einer ersten Stellung,

Fig. 2 den Magnetaktor für ein Schiebenockensystem aus Fig. 1 in einer zweiten Stellung in einer zur Figur 1 korrespondierenden Darstellungsart, und

Fig. 3 den Magnetaktor der Fig. 1 und 2 in der ersten Stellung, wie sie auch in Fig. 1 dargestellt ist.

Die Figuren sind lediglich schematischer Natur und dienen nur dem Verständ- nis der Erfindung. Die gleichen Elemente werden mit denselben Bezugszeichen versehen.

In Fig. 1 ist eine erste Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Magnetaktors 1 eines Schiebenockensystems dargestellt. Der Magnetaktor 1 ist als translatorisch wirkender elektromagnetisch betätigbarer Stellaktor ausgebildet. Der Magnetaktor 1 wirkt auf ein dem Schiebenockensystem der DE 10 2004 008 670 A1 ähnliches System. Es sollen die in der DE 10 2004 008 670 A1 diesbezüglich offenbarten Merkmale als hier integriert gelten. Der Magnetaktor 1 weist auch einen Anker 2 auf, welcher auch als Ankerbauteil bezeichnet werden könnte. Der Anker 2 ist mit einem Stößel 3 verbunden, vorzugsweise über einen Kraftschluss und/oder einen Stoffschluss. Der Stößel 3 kann bei einer Ausfahrbewegung in Wirkbeziehung mit einer nicht dargestellten Kulisse einer nicht dargestellten Nockenwelle verbracht werden. Die Zwangsführung der Kulisse durch den eingedrungen Stößel ruft eine Nockenwellenverstellung hervor. Der Magnetaktor 1 weist auch ein Polbauteil 4 und ein Jochbauteil 5 auf. Das Polbauteil 4 könnte auch als Pol bezeichnet werden und das Jochbauteil 5 als Joch. Das Polbauteil 4 ist hier als lochfreie Polscheibe ausgeführt, genauso wie das Jochbauteil 5 als ringartige Jochscheibe ausgebildet ist. Der Anker 2 ist radial innerhalb des Jochbauteils 5 befindlich und axial beabstandet zu dem Polbauteil 4. Im Bereich dieser Beabstandung ist ein Arbeitsspalt 6 ausgebildet, in dem eine ringförmige Antiklebscheibe 7 befindlich ist. Es ist ferner ein Permanentmagnet 8 vorhanden, der axial auf der dem Anker 2 gegenüberliegenden Seite der Polscheibe 4 befindlich ist und gehäusefest positioniert ist.

Zusätzlich ist zumindest eine elektrisch betätigbare Spule 9 in einem Gehäuse 1 1 vorhanden, die nach Art eines Elektromagneten, bei Stromdurchleitung wirkt. Die dann hervorgerufene elektromagnetische Kraft, wirkt der Magnetkraft des Permanentmagneten 8 entgegen, so dass die von einer Feder 10 hervor- gerufene Kraft den Stößel 3 in eine zweite Stellung, wie sie in Fig. 2 dargestellt ist, verbracht werden kann.

Die Spule 9 sowie insbesondere das Jochbauteil 5, der Anker 2, die Feder 10, das Polbauteil 4 und der Permanentmagnet 8 sind innerhalb des Gehäuses 1 1 befindlich. Das Gehäuse 1 1 des Magnetaktors 1 kann seinerseits auch einen Deckel aufweisen, der dann Teil des Magnetkreises wird, wenn der Stößel 3 in der ersten Stellung befindlich ist. Die Feder 7 ist in Anlage mit dem Polbauteil 4 und in zumindest indirekter Anlage mit dem Stößel 3 einerseits und dem Anker 2 andererseits befindlich. Der Kraftschluss verläuft dabei durch einen Federtel- ler 12, der nach Art eines Topfes oder einer Hülse mit bei Betrachtung im Längsschnitt, U-artigem Querschnitt ausgebildet ist. Es kann sein, dass die Spule 9 von einem Isolierbauteil 13 umgeben ist. Der Kraftschluss, hervorgerufen durch den Permanentmagneten 8, also der Magnetschluss genauer gesagt, ist durch den Pfeil 14 symbolisiert. In der dargestellten ersten Stellung ist die magnetische Haltekraft größer als die Federkraft der Feder 10. Wird die magnetische Haltekraft, also die Magnetkraft des Permanentmagneten 8 geschwächt, so ist die Federkraft höher und führt zu einem Auslösen, d.h. Ausfahren des Stößels 3 in eine zweite Stellung, wie sie in Fig. 2 dargestellt ist. In dieser Stellung wirkt einzig und allein die Feder positionsfestlegend auf den Stößel 3 ein.

Bemerkenswert ist auch noch, dass eine Dichthülse 15 sowohl das Polbauteil 4, als auch den Anker 2 radial umgibt, wobei ein Deckel 16, wie in Fig. 3 gut zu erkennen, an der Dichthülse 15 angeschweißt ist.

Ein besonders gut auch in Fig. 3 zu erkennendes Anschlagbauteil 17, bildet einen Anschlag für den Anker 2 aus. Der Anschlag ist mit dem Bezugszeichen 18 versehen.

In Fig. 2 ist der Stößel 3 in seiner zweiten Stellung, also der ausgefahrenen Stellung befindlich, und der Anker 2 um axial mehr als die Breite des Arbeitsspaltes 6 von dem Polbauteil 4 entfernt. In dieser Position wird der Stößel 3 aufgrund der Federkraft der Feder 10 gehalten. Keine Magnetkraft wird hierfür benötigt.

Bezugszeichenliste

1 Magnetaktor

2 Anker

3 Stößel

4 Polbauteil

5 Jochbauteil

6 Arbeitsspalt

7 Antiklebscheibe

8 Permanentmagnet

9 Spule

10 Feder

1 1 Gehäuse

12 Federteller

13 Isolierbauteil

14 Pfeil

15 Dichthülse

16 Deckel

17 Anschlagbauteil

18 Anschlag