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EP 2 582 928 B1 |
(12) |
EUROPÄISCHE PATENTSCHRIFT |
(45) |
Hinweis auf die Patenterteilung: |
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23.03.2016 Patentblatt 2016/12 |
(22) |
Anmeldetag: 20.04.2011 |
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(51) |
Internationale Patentklassifikation (IPC):
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(86) |
Internationale Anmeldenummer: |
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PCT/EP2011/056295 |
(87) |
Internationale Veröffentlichungsnummer: |
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WO 2011/157466 (22.12.2011 Gazette 2011/51) |
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(54) |
AKTORVORRICHTUNG ZUR VERSTELLUNG EINES SCHIEBENOCKENSYSTEMS
ACTUATING DEVICE FOR DISPLACING A CAM UNIT
ACTIONNEUR POUR DÉPLACER UNE ENSEMBLE DE CAMES
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(84) |
Benannte Vertragsstaaten: |
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AL AT BE BG CH CY CZ DE DK EE ES FI FR GB GR HR HU IE IS IT LI LT LU LV MC MK MT NL
NO PL PT RO RS SE SI SK SM TR |
(30) |
Priorität: |
16.06.2010 DE 102010024030
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(43) |
Veröffentlichungstag der Anmeldung: |
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24.04.2013 Patentblatt 2013/17 |
(73) |
Patentinhaber: Schaeffler Technologies AG & Co. KG |
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91074 Herzogenaurach (DE) |
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(72) |
Erfinder: |
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- NENDEL, Andreas
91093 Hessdorf (DE)
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(56) |
Entgegenhaltungen: :
WO-A1-2010/091780 DE-A1-102007 010 149 DE-A1-102007 054 978 DE-A1-102008 060 169 US-A- 5 806 478
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DE-A1- 10 240 774 DE-A1-102007 052 252 DE-A1-102008 024 086 DE-U1- 20 114 466 US-A1- 2010 126 447
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Anmerkung: Innerhalb von neun Monaten nach der Bekanntmachung des Hinweises auf die
Erteilung des europäischen Patents kann jedermann beim Europäischen Patentamt gegen
das erteilte europäischen Patent Einspruch einlegen. Der Einspruch ist schriftlich
einzureichen und zu begründen. Er gilt erst als eingelegt, wenn die Einspruchsgebühr
entrichtet worden ist. (Art. 99(1) Europäisches Patentübereinkommen). |
Gebiet der Erfindung
[0001] Aktorvorrichtung eines Schiebenockensystems, mit zumindest einem Schiebenocken und
mit einem aus einem Gehäuse herausragenden Eingriffsstift, wobei das Gehäuse an einem
Bauteil eines Zylinderkopfes oder an dem Zylinderkopf einer Brennkraftmaschine angeordnet
ist, und der Eingriffsstift mit zumindest einer Nut des Schiebenockensystems kontaktierbar
ist, die zumindest eine Auswurframpe aufweist, und wobei der Eingriffsstift innerhalb
des Gehäuses einen Permanenthaltemagneten aufweist und daran anschließend von einem
feststehenden durch eine elektrische Spule magnetisierbaren Spulenkern beherrscht
ist und der Eingriffsstift in Richtung zum Schiebenocken federbelastet ist.
Hintergrund der Erfindung
[0002] Eine derartiger gattungsbildender Aktor ist aus der
DE- 102 40 774 A1 bzw. der
DE 10 2007 052252 bekannt. Ausgehend von der eingezogenen inneren Lage des Eingriffsstiftes erfolgt
eine Aktivierung des Eingriffsstiftes durch Bestromung der Spule, wodurch ein magnetisches
Feld erzeug wird, das dem Feld des Permanenthaltemagneten gegengerichtet ist und dieses
verdrängt. Die Verdrängung des Feldes verursacht eine verringerte Haltekraft zwischen
Permanenthaltemagnet und Spulenkern, so dass das durch die Spule erzeugte Magnetfeld
und die Kraft der 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.
[0003] Die Rückwärtsbewegung des Eingriffsstiftes in seine innere Endlage wird durch die
Auswurframpe eingeleitet, die den Eingriffsstift gegen die Kraft der Feder soweit
und mit solcher Beschleunigung von dem Schiebenocken weg bewegen soll, dass der Eingriffsstift
bei abgeschalteter Bestromung der Spule durch den Permanenthaltemagneten und dessen
Magnetfeld am Spulenkern festgehalten wird.
[0004] Problematisch bei dieser gattungsgemäßen Ausgestaltung ist, dass je nach Toleranzlage
des Aktors radial zum Schiebenocken die Bewegung und Beschleunigung des Eingriffsstiftes
durch die Auswurfsrampe nicht ausreicht, dass dieser die innere Position erreicht
und durch den Permanenthaltemagneten gegen die Kraft der Feder stabilisiert wird.
[0005] Weiterhin besteht das Problem, dass bei Schiebenockensystemen mit drei oder mehreren
Schiebenocken mindestens zwei Eingriffsstifte vorgesehen sein müssen. Dabei wird ein
geringer Abstand der Eingriffsstifte, der durch den Abstand der Gaswechselventile,
den Abstand der Zylinder der Brennkraftmaschine und die Anzahl der Schiebenocken vorgegeben
ist, verlangt. Durch den geringen Abstand ist das im Stand der Technik beschriebene
Design des Aktors nicht mehr in der Lage den Eingriffsstift mit ausreichender Geschwindigkeit
und Kraft zu bewegen und zu halten.
Aufgabe der Erfindung
[0006] Aufgabe der Erfindung ist es daher, einen Aktor mit den eingangs beschriebenen Merkmalen
so zu verbessern, dass größere Toleranzen aufgefangen werden können und auch ein gewünschter
geringerer Abstand der Eingriffsstifte zueinander sichergestellt werden kann.
Zusammenfassung der Erfindung
[0007] Die Aufgabe der Erfindung wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.
[0008] Die Betätigungseinrichtung erzeugt zu der durch die Auswurframpe eingeleiteten Kraft
eine Zusatzkraft, durch die der Eingriffsstift die innere Endlage sicher erreicht.
Dadurch sind die Toleranzen, die beim Einbau der elektrisch betätigbaren Vorrichtung
entstehen, ohne nennenswerten Einfluss auf die Betätigung des Eingriffsstiftes, sodass
die Toleranzen nicht besonders eng gehalten werden müssen. Des Weiteren können die
Abmessungen der im Gehäuse einbebauten Teile, insbesondere des Permanenthaltemagneten
am Eingriffsstift kleiner gehalten werden, so dass auch ein geringer Abstand der Eingriffsstifte
zueinander verwirklicht werden kann.
[0009] In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird vorgeschlagen, dass der Eingriffsstift
an seinem dem Schiebenocken zugewandten Ende eine Öffnung aufweist, in der ein Betätigungsglied
verschiebbar angeordnet ist, das in Richtung zum Schiebenocken mittels einer Rückstellfeder
belastet ist. Dabei ist die Lage und der Wege des Betätigungsgliedes und die Kraft
der Feder so bemessen, dass es, insbesondere im Bereich der Auswurframpe, zusammengedrückt
wird, sich aber am Ende der Auswurframpe verlängert und an dieser abstützt, so dass
die Rückstellfeder des Betätigungsgliedes eine solche Kraft auf den Eingriffsstift
erzeugt, dass dieser den Resthub überwindet und sicher in seine innere Endlage gelangt.
[0010] In weiterer Ausgestaltung der Erfindung wird vorgeschlagen, dass das Betätigungsglied
am Eingriffsstift als Kugel ausgebildet ist, die in einer Bohrung des Eingriffsstiftes
mit der zugeordneten Feder eingebaut ist und dass die Bohrung an ihrem Ende verengt
ist, um einen sicheren Halt der Kugel gegen Herausfallen sicherzustellen. Die Verengung
kann durch eine Verstemmung des Randes der Bohrung erfolgen.
[0011] In einer alternativen Ausgestaltung der Erfindung wird vorgeschlagen, dass der Eingriffsstift
an seinem dem Schiebenocken zugewandten Ende und die Auswurfsrampe im Bereich ihres
Auslaufs zum Hochkreis je einen Permanentmagneten und einen Permanentgegenmagneten
aufweisen und dass diese Permanentmagnete mit einander zugerichteter gegensinniger
Polung eingebaut sind.
[0012] Durch diese Ausgestaltung der Erfindung wird erreicht, dass die sich abstoßenden
Magnetkräfte des Permanentmagneten und des Permanentgegenmagneten im Endbereich der
Auswurfsrampe eine solche Kraft erzeugen, dass der Eingriffsstift den auch bei ungünstiger
Toleranz entstehenden Resthub überwindet und sicher in seine innere Endlage bewegt.
[0013] Weiterhin ist es zweckmäßig, wenn der Permanenthaltemagnet am Eingriffsstift innerhalb
des Gehäuses von einer Haltekappe oder einem Halteblech umgeben ist, das am Eingriffsstift
befestigt ist, um den Permanenthaltemagneten sicher am Eingriffsstift festzulegen.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
[0014] Zur weiteren Erläuterung der Erfindung wird auf die Zeichnungen verwiesen, in denen
Ausführungsbeispiele der Erfindung vereinfacht dargestellt sind.
[0015] Es zeigen:
- Fig. 1:
- einen Schnitt durch einen Schiebenocken und einen zugeordneten Aktor,
- Fig. 2 u. 3:
- Schnitte entsprechend Fig. 1, in denen unterschiedliche Einbautoleranzen dargestellt
sind,
- Fig. 4 u. 5:
- Schnitte mit verschiedenen Toleranzlagen entsprechend den Fig. 2 und 3 in modifizierter
Ausgestaltung der Erfindung,
- Fig. 6 u. 7:
- Schnitte durch Aktoren, die zu einer Baueinheit zusammengefasst sind, wobei die Eingriffsstifte
dicht nebeneinander liegen.
Detaillierte Beschreibung der Zeichnungen
[0016] In den Figuren 1 bis 7 ist, soweit im Einzelnen dargestellt, mit 1 eine Nockenwelle
einer Hubkolbenbrennkraftmaschine bezeichnet, auf der drehfest aber verschiebbar ein
Schiebenocken 2 angeordnet ist, der neben den Nocken für die Gaswechselventile zumindest
eine Nut 3 aufweist, die eine Auswurframpe 4 beinhaltet. Die Auswurframpe 4 reicht
bis zu einem mit 18 bezeichneten Hochkreis des Schiebenockens 2 im Bereich der Nut
3. Passend zur Nut 3 ist eine allgemein mit 5 bezeichneter Aktor vorgesehen, der ein
Gehäuse 6, eine Spule 7 mit einem Spulenkern 8 und einen Eingriffsstift 9 aufweist.
Der Eingriffsstift 9 ist innerhalb des Gehäuses 6 in Bezug auf die Nut 3 radial beweglich
angeordnet und weist im Inneren eine Feder 10 auf, die den Eingriffsstift 9 in Richtung
zum Schiebenocken 2 vorspannt. Dem Spulenkern 8 benachbart ist am Eingriffsstift 9
ein Permanenthaltemagnet 11 befestigt, dessen magnetische Kraft größer ist als die
Kraft der Feder 10, die sich an ihrem inneren Ende an dem Spulenkern 8 abstützt. Der
Permanenthaltemagnet 11 ist von einer Haltkappe 12 umschlossen, die ihn am Eingriffsstift
9 festlegt. Der Eingriffsstift 9 weist weiterhin an seinem dem Schiebenocken 2 zugewandten
Ende eine Bohrung 13 auf, in der eine Rückstellfeder 14 eingebaut ist, die eine Kugel
15 in Richtung zum Schiebenocken 2 belastet.
[0017] Die Kugel 15 steht dabei soweit vor, dass sie zumindest im Bereich der Auswurframpe
4 gegen die Kraft der Rückstellfeder 14 in die Bohrung 13 eingedrückt wird, so dass
die Rückstellfeder Kraft speichert, die sich am Ende der Auswurfsrampe entspannt und
den Eingriffsstift 9 so stark beschleunigt, dass dieser sicher in die innere Endlage
gelangt.
[0018] Dadurch werden, wie den Figuren 2 und 3 zu entnehmen ist, auch größere Toleranzen
überbrückt.
[0019] In den Ausführungsbeispielen gemäß den Figuren 4 und 5 sind an den dem Schiebenocken
2 zugewandten Enden der Eingriffsstifte 9 Permanentmagnete 16 eingebaut. Weiterhin
weisen der Schiebenocken 2 im Bereich des Endes der Auswurframpe 4 Permanentgegenmagnete
17 auf, deren Magnetkräfte, wie den Pfeilen zu entnehmen ist, gegengerichtet sind.
Gelangen nun die Enden der Eingriffsstifte 9 und damit die Permanentmagneten 16 bei
der Drehung der Nockenwelle 1 und damit des Schiebenockens 2 in den Bereich der Permanentgegenmagneten
17, so erfährt der Eingriffsstift 9 eine Kraft und damit eine Beschleunigung weg von
dem Schiebenocken 2, so dass entsprechend der Ausgestaltung gemäß den Figuren 2 und
3, der Permanenthaltemagnet 11 sicher zum Spulenkern 8 gelangt.
[0020] Wie den Figuren 4 und 5 weiterhin zu entnehmen ist, werden auch hier größere Toleranzen
überbrückt.
[0021] In den Figuren 6 und 7 ist das Gehäuse 6 erweitert, so dass je zwei Eingriffsstifte
9 dicht nebeneinander eingebaut werden können und sogar ein Abstand von nur 5 mm erreicht
werden können.
[0022] Die Enden der Eingriffsstifte 9 sind entsprechend den zuvor beschriebenen Ausgestaltungen
der Erfindung ausgebildet und mit Permanentmagneten 16 oder Kugeln 15 ausgestattet.
Bezugszeichenliste
[0023]
- 1
- Nockenwelle
- 2
- Schiebenocken
- 3
- Nut
- 4
- Auswurframpe
- 5
- Aktor
- 6
- Gehäuse
- 7
- Spule
- 8
- Spulenkern
- 9
- Eingriffsstift
- 10
- Feder
- 11
- Permanenthaltemagnet
- 12
- Haltekappe
- 13
- Bohrung
- 14
- Rückstellfeder
- 15
- Kugel
- 16
- Permanentmagnet
- 17
- Permanentgegenmagnet
- 18
- Hochkreis
1. Aktorvorrichtung eines Schiebenockensystems, mit zumindest einem Schiebenocken (2)
und mit einem aus einem Gehäuse (6) herausragenden Eingriffsstift (9), wobei das Gehäuse
(6) an einem Bauteil eines Zylinderkopfes oder an dem Zylinderkopf einer Brennkraftmaschine
befestigbar ist, und der Eingriffsstift (9) mit zumindest einer Nut (3) des Schiebenockensystems
kontaktierbar ist, die zumindest eine - eine in Richtung zum Gehäuse (6) gerichtete
und auf den Eingriffsstift (9) einwirkende Kraft - hervorrufende Auswurframpe (4)
aufweist, und wobei der Eingriffsstift (9) innerhalb des Gehäuses (6) einen Permanenthaltemagneten
(11) aufweist und daran anschließend von einem feststehenden durch eine elektrische
Spule (7) magnetisierbaren Spulenkern (9) beherrscht ist und der Eingriffsstift (9)
in Richtung zum Schiebenocken (2) federbelastet ist, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest an dem dem Schiebenocken (2) zugewandten Endbereich des Eingriffsstiftes
(9) eine Betätigungseinrichtung eingebaut ist, die im Bereich des Auslaufs der Auswurfsrampe
(4) zum Hochkreis (18) wirksam ist und eine - neben die durch die Auswurframpe (4)
hervorgerufene Kraft tretende - Zusatzkraft auf den Eingriffsstift (9) in Richtung
zum Gehäuse (6) erzeugt, durch die der Eingriffsstift eine innere Endlage sicher erreicht.
2. Aktorvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Betätigungseinrichtung an dem dem Schiebenocken (2) zugewandten Ende des Eingriffsstiftes
(9) eine Öffnung beinhaltet, in der ein Betätigungsglied verschiebbar angeordnet ist,
das in Richtung zum Schiebenocken (2) mittels einer Rückstellfeder (14) belastet ist.
3. Aktorvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Betätigungsglied eine Kugel (15) ist, die in einer Bohrung (13) angeordnet und
deren Bewegung in Richtung zum Schiebenocken (2) durch eine Verengung am Ende der
Bohrung (13) begrenzt ist.
4. Aktorvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Betätigungseinrichtung an dem dem Schiebenocken (2) zugewandten Ende des Eingriffsstiftes
(9) und im Bereich des Auslaufs der Auswurframpe (4) zum Hochkreis (18) je einen Permanentmagneten
(16) und Permanentgegenmagneten (17) aufweist und dass diese Permanentmagneten mit
einander zugerichteter gegensinniger Polung eingebaut sind.
5. Aktorvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Permanenthaltemagnet (11) am Eingriffsstift (9) von einer Haltekappe (12) umgeben
ist, die am Eingriffsstift (9) befestigt ist.
6. Aktorvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Schiebenockensystem drei oder mehr Nocken und eine entsprechende Anzahl von Nuten
(3) aufweist und dass zumindest zwei Aktoren (5) nebeneinander innerhalb eines Gehäuses
(6) angeordnet sind.
1. Actuator device of a sliding cam system, having at least one sliding cam (2) and having
an engagement pin (9) which projects out of a housing (6), wherein the housing (6)
can be fastened to a component of a cylinder head or to the cylinder head of an internal
combustion engine, and the engagement pin (9) can be placed in contact with at least
one groove (3) of the sliding cam system, which groove has at least one throw-out
ramp (4) which is oriented in the direction of the housing (6) and which brings about
a force acting on the engagement pin (9), and wherein the engagement pin (9) has,
within the housing (6), a permanent holding magnet (11) and, adjoining the latter,
is controlled by a static coil core (9) which can be magnetized by an electrical coil
(7), and the engagement pin (9) is spring-loaded in the direction of the sliding cam
(2), characterized in that, at least at that end region of the engagement pin (9) which faces toward the sliding
cam (2), there is installed an actuating device which is active in the region in which
the throw-out ramp (4) runs out at the high circle (18), which actuating device generates
an auxiliary force - which arises in addition to the force brought about by the throw-out
ramp (4) - on the engagement pin (9) in the direction of the housing (6), by means
of which auxiliary force the engagement pin reliably reaches an inner end position.
2. Actuator device according to Claim 1, characterized in that the actuating device comprises, on that end of the engagement pin (9) which faces
toward the sliding cam (2), an opening in which there is displaceably arranged an
actuating element which is loaded in the direction of the sliding cam (2) by means
of a restoring spring (14).
3. Actuator device according to Claim 2, characterized in that the actuating element is a ball (15) which is arranged in a bore (13) and the movement
of which in the direction of the sliding cam (2) is limited by a constriction at the
end of the bore (13).
4. Actuator device according to Claim 1, characterized in that the actuating device has, at that end of the engagement pin (9) which faces toward
the sliding cam (2) and in the region in which the throw-out ramp (4) runs out at
the high circle (18), respectively one permanent magnet (16) and permanent counter-magnet
(17), and in that said permanent magnets are installed with opposite poles directed toward one another.
5. Actuator device according to one of the preceding claims, characterized in that the permanent holding magnet (11) on the engagement pin (9) is surrounded by a holding
cap (12) which is fastened to the engagement pin (9).
6. Actuator device according to one of the preceding claims, characterized in that the sliding cam system has three or more cams and a corresponding number of grooves
(3), and in that at least two actuators (5) are arranged adjacent to one another within a housing
(6).
1. Dispositif d'actionneur d'un système de cames coulissantes, comprenant au moins une
came coulissante (2) et comprenant une goupille d'engagement (9) faisant saillie hors
d'un boîtier (6), le boîtier (6) pouvant être fixé au niveau d'un composant d'une
culasse ou au niveau de la culasse d'un moteur à combustion interne, et la goupille
d'engagement (9) pouvant être mise en contact avec au moins une rainure (3) du système
de cames coulissantes, laquelle rainure présente au moins une rampe d'éjection (4)
générant une force orientée dans la direction du boîtier (6) et agissant sur la goupille
d'engagement (9), et la goupille d'engagement (9) présentant, à l'intérieur du boîtier
(6), un aimant de retenue permanent (11) et à la suite de celui-ci, étant contrôlée
par un noyau de bobine fixe (9) pouvant être aimanté par une bobine électrique (7)
et la goupille d'engagement (9) étant sollicitée par ressort dans la direction de
la came coulissante (2), caractérisé en ce qu'au moins au niveau de la région d'extrémité de la goupille d'engagement (9) tournée
vers la came coulissante (2), est incorporé un dispositif d'actionnement qui agit
dans la région de la sortie de la rampe d'éjection (4) en direction du cercle haut
(18) et génère une force supplémentaire se produisant en plus de la force provoquée
par la rampe d'éjection (4), sur la goupille d'engagement (9) dans la direction du
boîtier (6), par le biais de laquelle la goupille d'engagement atteint de manière
sûre une position de fin de course intérieure.
2. Dispositif d'actionneur selon la revendication 1, caractérisé en ce que le dispositif d'actionnement présente, au niveau de l'extrémité de la goupille d'engagement
(9) tournée vers la came coulissante (2), une ouverture dans laquelle est disposée
de manière déplaçable un organe d'actionnement qui est sollicité dans la direction
de la came coulissante (2) au moyen d'un ressort de rappel (14).
3. Dispositif d'actionneur selon la revendication 2, caractérisé en ce que l'organe d'actionnement est une bille (15) qui est disposée dans un alésage (13)
et dont le mouvement dans la direction de la came coulissante (2) est limité par un
rétrécissement à l'extrémité de l'alésage (13).
4. Dispositif d'actionneur selon la revendication 1, caractérisé en ce que le dispositif d'actionnement présente, au niveau de l'extrémité de la goupille d'engagement
(9) tournée vers la came coulissante (2) et dans la région de la sortie de la rampe
d'éjection (4) vers le cercle haut (18), à chaque fois un aimant permanent (16) et
un contre-aimant permanent (17) et en ce que ces aimants permanents sont montés avec des pôles de sens opposés tournés l'un vers
l'autre.
5. Dispositif d'actionneur selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'élément de retenue permanent (11) est entouré au niveau de la goupille d'engagement
(9) par un capuchon de retenue (12) qui est fixé au niveau de la goupille d'engagement
(9).
6. Dispositif d'actionneur selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le système de cames coulissantes présente trois ou plus de trois cames et un nombre
correspondant de rainures (3) et en ce qu'au moins deux actionneurs (5) sont disposés l'un à côté de l'autre à l'intérieur d'un
boîtier (6).
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