DE102008020892A1

DE102008020892A1 - Stellvorrichtung

Info

Publication number: DE102008020892A1
Application number: DE102008020892A
Authority: DE
Inventors: Andreas Nendel
Original assignee: Schaeffler KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2008-04-25
Filing date: 2008-04-25
Publication date: 2009-10-29

Abstract

Vorgeschlagen ist eine Stellvorrichtung (1) mit einem zwischen einer eingefahrenen Halteposition und einer ausgefahrenen Arbeitsposition verfahrbaren Aktuatorstift (9) zur Verstellung eines Maschinenteils, das eine mit dem Aktuatorstift (9) in dessen Arbeitsposition zusammenwirkende Verschiebenut (8) aufweist, die den Aktuatorstift (9) zurück in dessen Halteposition verlagert, und das insbesondere als auf einer Trägerwelle (3) drehfest und längsverschiebbar angeordnetes Nockenstück (4) eines hubvariablen Ventiltriebs (2) einer Brennkraftmaschine ausgebildet ist. Die Stellvorrichtung (1) weist eine ansteuerbare Halte- und Lösevorrichtung (16) zum Halten des Aktuatorstifts (9) in der Halteposition und zum Lösen des Aktuatorstifts (9) aus der Halteposition auf. Dabei soll die Halte- und Lösevorrichtung (16) den Aktuatorstift (9) mittels selbsthemmender Sperrkörper (23) in der Halteposition fixieren.

Description

Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft eine Stellvorrichtung mit einem Gehäuse sowie einem im Gehäuse gelagerten, relativ zum Gehäuse aus einer eingefahrenen Halteposition in eine Arbeitsposition ausfahrbaren und von einem Federmittel in Ausfahrrichtung kraftbeaufschlagten Aktuatorstift zur Verstellung eines mit der Stellvorrichtung zusammenwirkenden Maschinenteils. Dieses weist eine mit einem ersten Ende des Aktuatorstifts in dessen Arbeitsposition zusammenwirkende Verschiebenut auf, die den Aktuatorstift zurück in dessen Halteposition verlagert. Die Stellvorrichtung weist eine ansteuerbare Halte- und Lösevorrichtung zum Halten des Aktuatorstifts in der Halteposition und zum Lösen des Aktuatorstifts aus der Halteposition auf.
Hintergrund der Erfindung
Eine derartige Stellvorrichtung geht aus der als gattungsbildend betrachteten WO 03/021612 A1 hervor. Deren Halte- und Lösevorrichtung für den Aktuatorstift basiert auf dem Zusammenspiel eines Elektromagneten mit einem am Aktuatorstift befestigten Permanentmagneten, dessen magnetische Anziehungskraft den Aktuatorstift entgegen der Kraft des Federmittels in der Halteposition am unbestromten Elektromagneten hält. Zum Lösen des Aktuatorstifts aus der Halteposition ist lediglich eine impulsförmige Strombeaufschlagung des Elektromagneten zur Überwindung der magnetischen Anziehungskraft des Permanentmagneten erforderlich, wobei der Aktuatorstift nicht nur durch die Kraft des Federmittels sondern auch durch die Kraft eines magnetischen Ab stoßeffekts zwischen dem Permanentmagneten und dem bestromten Elektromagneten in Richtung der Arbeitsposition beschleunigt wird.
Eine solche, bei geringer Leistungsaufnahme schnell und zeitlich exakt schaltende Stellvorrichtung eignet sich in besonderem Maße zur Verstellung eines hubvariablen Ventiltriebs, wie er beispielsweise aus der DE 10 2004 021 376 A1 hervorgeht. Die Hubvariabilität des dort vorgeschlagenen Ventiltriebs basiert auf einem als Nockenstück ausgebildeten Maschinenteil mit darauf benachbart angeordneten Nocken, deren unterschiedliche Öffnungsverläufe mittels eines konventionell starr ausgebildeten Nockenfolgers selektiv auf ein Gaswechselventil übertragen werden. Zur betriebspunktabhängigen Einstellung dieser Öffnungsverläufe ist das Nockenstück drehfest, jedoch längsverschieblich auf einer Trägerwelle angeordnet und weist zwei spiralförmig und gegensinnig verlaufende Verschiebenuten auf, in welche die Endabschnitte der Aktuatorstifte zweier Stellvorrichtungen der eingangs genannten Art wechselweise eingekoppelt werden. Während der axiale Verlauf der sich jeweils mit dem zugehörigen Aktuatorstift in Eingriff befindlichen Verschiebenut dazu führt, dass sich das Nockenstück selbststeuernd und nockenwellenwinkeltreu von der einen in die andere Nockenposition verschiebt, ist der radiale Verlauf jeder Verschiebenut so gestaltet, dass diese gegen Ende des Verschiebevorgangs zunehmend flacher wird und den momentan in Eingriff befindlichen Aktuatorstift aktiv aus seiner Arbeitsposition zurück in die Halteposition verlagert.
Obwohl auch diese aktive Rückstellfunktion der Verschiebenuten eine wesentliche Voraussetzung für die geringe Leistungsaufnahme der in der erstzitierten Druckschrift vorgeschlagenen Stellvorrichtung ist, kann das Wirkprinzip von deren Halte- und Lösevorrichtung dennoch mit verschiedenen Nachteilen verbunden sein. Zu diesen zählt in erster Linie die Größe der zur Erzeugung einer ausreichenden Anziehungskraft erforderlichen Wirkfläche zwischen dem Elektromagneten und dem Permanentmagneten. Die Auslegung der Anziehungskraft/Wirkfläche hat jedoch nicht nur unter dem Gesichtspunkt einer auch unter dynamischen Einflüssen sicheren Haltefunktion des Aktuatorstifts in der Halteposition zu erfolgen. Vielmehr ist die Größe der Anziehungskraft/Wirkfläche auch so zu dimensionieren, dass im unmittelbaren Anschluss an den Verschiebevorgang des Nockenstücks sowohl bei niedrigsten Drehzahlen der Brennkraftmaschine als auch im Grenzfall bei deren Stillstand ein nicht aus Trägheitskräften, sondern lediglich aus der magnetischen Anziehungskraft generierter Resthub des Aktuatorstifts zwischen der dann radial nicht mehr ansteigenden Verschiebenut und der Anschlagsfläche am Elektromagneten gewährleistet werden kann. Diese Forderung, die im Falle ihrer Nichterfüllung zu einem Schleifkontakt des Aktuatorstifts auf dem Nockenstück mit unerwünschtem, anschließenden Zurückfallen des Aktuatorstifts in die Verschiebenut führen würde, wird im Hinblick auf die exponentiell abnehmende, magnetische Fernwirkung des Permanentmagneten durch Bauteiltoleranzen erschwert, die zu einem erheblichen Resthub des Aktuatorstifts im Millimeterbereich führen können. Aufgrund der sich unter diesen Auslegungsgesichtspunkten ergebenden Größe der Wirkfläche zwischen dem Elektromagneten und dem Permanentmagneten und somit des erheblichen Bauraumbedarfs der Stellvorrichtung besteht im Falle des erläuterten hubvariablen Ventiltriebs stets das erhöhte Risiko, dass die in eine bereits bestehende Architektur der Brennkraftmaschine zu integrierende Stellvorrichtung mit der vorhandenen Umgebungskonstruktion unvereinbar kollidiert.
Dies gilt insbesondere bei einem hubvariablen Ventiltrieb der gleichen Gattung, wie er in der DE 196 11 641 C1 vorgeschlagen ist. Denn das dort vorgeschlagene Nockenstück weist drei benachbarte Nocken mit unterschiedlichen Öffnungsverläufen auf und wird durch jeweils ein Paar benachbart angeordneter Stellvorrichtungen in die beiden Verschieberichtungen verlagert. Da jedes Paar der Stellvorrichtungen einen Abstand der Aktuatorstifte entsprechend einer Nockenbreite aufweist und diese unter Berücksichtigung der Freigängigkeit des Nockenstücks zu angrenzenden Nockenwellenlagerstellen vergleichsweise klein zu halten ist, würde es in diesem Einsatzfall zu einer unzulässigen Durchdringung der Stellvorrichtungen im Bereich der Magneten kommen.
Ein weiterer Nachteil der genannten Stellvorrichtung ist deren hoher Herstell- und somit Kostenaufwand, der aus dem bekanntermaßen aufwändigen produktionstechnischen Handling des Permanentmagneten mit seinen magnetischen Eigenschaften resultiert.
Aufgabe der Erfindung
Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Stellvorrichtung der eingangs genannten Art so fortzubilden, dass die aufgezeigten Nachteile vermieden werden. Demnach soll die Halte- und Lösevorrichtung einen möglichst geringen Mehrbedarf an radialem Bauraum gegenüber dem Aktuatorstift aufweisen und gleichzeitig den Aktuatorstift sicher in der Halteposition fixieren. Darüber hinaus soll die Stellvorrichtung möglichst einfach und unter Großserienbedingungen kostengünstig herstellbar sein.
Zusammenfassung der Erfindung
Die Lösung dieser Aufgabe ergibt sich aus den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1, während vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen der Erfindung den Unteransprüchen entnehmbar sind. Demnach wird die Aufgabe dadurch gelöst, dass die Halte- und Lösevorrichtung zumindest folgende Merkmale aufweist:

– einen Sperrschieber, der in einer am zweiten Ende des Aktuatorstifts verlaufenden Längsbohrung relativ zu dieser verlagerbar angeordnet ist;
– ein den Sperrschieber in Ausfahrrichtung des Aktuatorstifts kraftbeaufschlagendes weiteres Federmittel;
– eine am Sperrschieber ausgebildete erste Stützfläche;
– eine im Gehäuse ausgebildete zweite Stützfläche;
– zumindest einen Sperrkörper, der in einer die Längsbohrung schneidenden Querbohrung beweglich angeordnet und in der Halteposition des Aktuatorstifts zwischen den Stützflächen infolge Selbsthemmung eingespannt ist, wobei die Stützflächen einen in Einfahrrichtung des Aktuatorstifts konstanten oder sich verkleinernden Abstand zueinander aufweisen;
– und, zum Lösen des Aktuatorstifts aus der Halteposition, eine ansteuerbare und den Sperrschieber in Einfahrrichtung des Aktuatorstifts verlagernde Betätigungsvorrichtung.

Demnach weist die erfindungsgemäße Stellvorrichtung eine Halte- und Lösevorrichtung auf, die den Aktuatorstift nicht über magnetische Anziehungskräfte mit entsprechend großer Wirkfläche gemäß dem zitierten Stand der Technik, sondern durch Klemmwirkung infolge reibungsbedingter Selbsthemmung des Sperrkörpers an den Stützflächen entgegen der Kraft des den Aktuatorstift in Ausfahrrichtung beaufschlagenden Federmittels in der Halteposition fixiert. Der radiale Bauraumbedarf der Halte- und Lösevorrichtung ist vergleichsweise klein, da die erforderliche Haltekraft des Aktuatorstifts als Klemmkraft zwischen den Stützflächen und dem Sperrkörper erzeugt wird und eine gegenüber einer magnetischen Wirkfläche erheblich kleinere Kontaktfläche erfordert. Die durch eine derartige Halte- und Lösevorrichtung erzeugte Klemmwirkung verhindert ein unkontrolliertes Zurückfahren des Aktuatorstifts aus der Halteposition in Richtung der Arbeitsposition, so dass der Aktuatorstift das Maschinenteil bzw. das Nockenstück unmittelbar nach Verlassen der Verschiebenut ungünstigstenfalls schleifend kontaktiert, ohne jedoch während nachfolgender Arbeitsspiele in die Verschiebenut zurückzufallen und, mechanisch und akustisch ungünstig, erneut aus dieser herausgedrückt zu werden.
Eine wesentliche Eigenschaft der erfindungsgemäßen Stellvorrichtung betrifft den relativen Abstand der Stützflächen in Bezug auf die Verfahrrichtung des Aktuatorstifts, wobei der Abstand der Stützflächen in Einfahrrichtung des Aktuatorstifts konstant ist oder sich verkleinert. Dies bewirkt, dass der Kraftaufwand der Betätigungsvorrichtung zur Verlagerung des Sperrschiebers in Einfahrrichtung des Aktuatorstifts zwecks Lösen des Aktuatorstifts aus der Halte position einem nur kleinen Bruchteil der durch das Zusammenspiel des Sperrkörpers mit den Stützflächen erzeugten Klemmkraft zum Halten des Aktuatorstifts in der Halteposition entspricht. Bei der konstruktiven Auslegung der Stützflächen sind selbstverständlich sowohl die Kräfte der Federmittel auch als die Reibungsverhältnisse an den Sperrkörper-Stützflächen-Kontakten zu berücksichtigen, so dass der für eine einwandfreie Funktion der Halte- und Lösevorrichtung erforderliche Bereich der Selbsthemmung an diesen Kontakten nicht verlassen wird.
Im Hinblick auf den sich verkleinernden Abstand der Stützflächen zueinander ist es in einer konkretisierten Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, dass sich die erste Stützfläche in Ausfahrrichtung des Aktuatorstifts radial verjüngt und dass die zweite Stützfläche parallel zur Verfahrrichtung des Aktuatorstifts verläuft. Dies ermöglicht eine besonders vorteilhafte Herstellung des Gehäuses, da die zweite Stützfläche im einfachsten Fall Teil einer durchgehend zylindrischen Führungsbohrung für den Aktuatorstift sein kann.
Im Hinblick auf den konstanten Abstand der Stützflächen zueinander ist es in einer konkretisierten Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, dass die erste Stützfläche in Ausfahrrichtung des Aktuatorstifts radial verjüngt ist und dass die Stützflächen parallel zueinander verlaufen.
Außerdem soll der Sperrkörper als Kugel ausgebildet sein, wie sie als extrem kostengünstiges Massenprodukt einer Wälzkörperfertigung entnehmbar ist. Dabei sind vorteilhaft drei Kugeln und drei gleichmäßig über den Umfang des Aktuatorstifts verteilte Querbohrungen, in denen die Kugeln angeordnet sind, vorgesehen. Gegenüber nur einer Kugel ist dies insofern vorteilhaft, da entweder bei identischer Dimensionierung der Kugeln größere Klemmkräfte erzeugbar sind oder bei kleinerer Dimensionierung der Kugeln – entsprechend einem weiterhin reduzierten Bauraumbedarf der Haltevorrichtung – die ggf. bereits ausreichende Klemmkraft nur einer Kugel erzeugbar ist. Zum anderen führt die Anordnung der um 120° umfangsverteilten Kugeln zu einer mechanisch günstigen, zentrierten Abstützung des Sperrschiebers in der Längsbohrung des Ak tuatorstifts. Dennoch sind selbstverständlich auch Anordnungen mit lediglich einer, zwei, vier oder mehr Kugeln möglich.
Weiterhin ist es ebenfalls im Hinblick auf eine kostengünstige Herstellbarkeit der Stellvorrichtung vorgesehen, dass zumindest eine der Stützflächen rotationssymmetrisch zur Verfahrrichtung des Aktuatorstifts ausgebildet ist. Dabei können die erste Stützfläche oder die zweite Stützfläche oder beide kreiskegelstumpfförmig ausgebildet sein. Abweichend hiervon besteht jedoch auch die Möglichkeit, die Stützflächen mit Laufbahnen für den oder die Sperrkörper auszustatten, wobei es sich im Falle der Kugeln beispielsweise um Rillen mit kreissegmentförmigen Querschnitt handeln könnte. In diesem Zusammenhang sei auch erwähnt, dass die am Sperrschieber und im Gehäuse ausgebildeten Stützflächen selbstverständlich nicht unmittelbar an diesen Bauteilen verlaufen müssen, sondern auch Oberflächen von separaten Bauteilen, wie am Sperrschieber und im Gehäuse angebrachte Ringe oder Buchsen, sein können.
In einer besonders bevorzugten Fortbildung der Erfindung soll die Betätigungsvorrichtung als Elektrohubmagnet mit einem den Sperrschieber betätigenden Anker ausgebildet sein. Obwohl die Betätigungsvorrichtung auch auf anderen bekannten, beispielsweise hydraulischen oder pneumatischen Wirkprinzipien basieren kann, lässt sich der elektromagnetisch angesteuerte Sperrschieber zeitlich besonders schnell und mit hoher Präzision betätigen. Im Hinblick auf niedrige Herstellkosten können dabei der Sperrschieber und der Anker zu einem einstückigen Bauteil zusammengefasst sein. In diesem Fall kann unterschiedlichen mechanischen und elektromagnetischen Anforderungen an die Bauteilbeschaffenheit beispielsweise durch angepasste Werkstoffauswahl mit einer ggf. erforderlichen verschleißresistenten Oberflächenbeschichtung Rechnung getragen werden.
Schließlich ist es vorgesehen, dass das Federmittel als konzentrisch um den Sperrschieber verlaufende Schraubendruckfeder ausgebildet ist, die an einer Stirnseite des zweiten Endes des Aktuatorstifts einerseits und an einer dem Aktuatorstift zugewandten Stirnseite einer zwischen der Schraubendruckfeder und dem Anker fest im Gehäuse angeordneten Buchse andererseits abgestützt ist. Die Funktion der Buchse ist dabei nicht nur auf die Abstützung der Schraubendruckfeder beschränkt. Vielmehr können auch die der Schraubendruckfeder abgewandte Stirnseite der Buchse als Axialanschlag für den Anker und die Buchsenbohrung als Längsführung für den Sperrschieber dienen.
Sofern es möglich und zweckmäßig ist, sollen die vorgenannten Merkmale und Ausgestaltungen auch beliebig miteinander kombinierbar sein.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung und aus den Zeichnungen, in denen Ausführungsbeispiele der erfindungsgemäßen Stellvorrichtung teilweise schematisch dargestellt sind. Sofern nicht anders erwähnt, sind dabei gleiche oder funktionsgleiche Merkmale oder Bauteile mit gleichen Bezugszahlen versehen. Es zeigen:
1 eine Gesamtdarstellung einer erfindungsgemäßen Stellvorrichtung im Längsschnitt;
2 eine Prinzipdarstellung der Stellvorrichtung im Bereich der Stützflächen mit sich in Einfahrrichtung des Aktuatorstifts verkleinerndem Abstand;
3 eine Prinzipdarstellung der Stellvorrichtung im Bereich der Stützflächen mit in Einfahrrichtung des Aktuatorstifts konstantem Abstand;
4 eine als Baueinheit ausgebildete Stellvorrichtung mit drei Aktuatorstiften und
5 einen mit der Stellvorrichtung zusammenwirkenden hubvariablen Ventiltrieb einer Brennkraftmaschine in perspektivischer Darstellung.
Ausführliche Beschreibung der Zeichnungen
In 1 ist ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Stellvorrichtung 1 offenbart, die zur Ansteuerung eines an sich bekannten und in 5 dargestellten hubvariablen Ventiltriebs 2 einer Brennkraftmaschine dient. Das grundlegende Funktionsprinzip eines solchen Ventiltriebs 2 geht beispielsweise aus den eingangs zitierten Druckschriften DE 196 11 641 C1 und DE 10 2004 021 376 A1 hervor und lässt sich dahingehend zusammenfassen, dass anstelle einer konventionell starr ausgebildeten Nockenwelle eine Trägerwelle 3 mit einem darauf drehfest und längs verschiebbar angeordneten Nockenstück 4 vorgesehen ist. Das Nockenstück 4 weist zwei Gruppen axial benachbarter Nocken 5 und 6 mit unterschiedlichen Öffnungsverläufen auf, welche zur betriebspunktabhängigen Betätigung von Gaswechselventilen 7 dienen. Die zur selektiven Aktivierung des jeweiligen Nockens 5 oder 6 erforderliche Verschiebung des Nockenstücks 4 auf der Trägerwelle 3 erfolgt über spiralförmige Verschiebenuten 8 am Nockenstück 4, die sich entsprechend der Verschieberichtung in ihrer Orientierung unterscheiden und in die, je nach momentaner Stellung des Nockenstücks 4, jeweils ein Aktuatorstift 9 mit seinem ersten Ende 10 einkoppelbar ist.
Ausgehend von der in 1 gezeigten ersten Schaltstellung der Stellvorrichtung 1, in welcher sich der Aktuatorstift 9 in seiner eingefahrenen Halteposition befindet, erfolgt das Einkoppeln des Aktuatorstifts 9 in die Verschiebenut 8 durch Ausfahren des Aktuatorstifts 9 in dessen Arbeitsposition. Es ist deutlich erkennbar, dass die Verschiebenuten 8 nicht nur eine axiale Erhebung zum Verschieben des Nockenstücks 4 auf der Trägerwelle 3, sondern auch einen radial wirkenden Auslaufbereich 11 aufweisen, dessen Erhebung den Aktuatorstift 9 gegen Ende des Verschiebevorgangs zurück in seine Halteposition verlagert.
Wie bereits eingangs erwähnt, ist es eine wesentliche Eigenschaft der erfindungsgemäßen Stellvorrichtung 1, dass der Aktuatorstift 9 nach Verlassen der Verschiebenut 8 nicht erneut in diese zurückfällt, sondern sicher in der Halte position gehalten wird. In dieser Halteposition kommt es ungünstigstenfalls zu einem schleifenden, mechanisch jedoch unkritischen Kontakt des Aktuatorstifts 9 mit einem sich an den Auslaufbereich 11 anschließenden Zylinderflächenabschnitt 12, während der Aktuatorstift 9 ansonsten mit ausreichendem Abstand zum Zylinderflächenabschnitt 12 gehalten wird. Diese Eigenschaft ergibt sich aus dem nachfolgend im Detail erläuterten Aufbau der erfindungsgemäßen Stellvorrichtung 1.
Die Stellvorrichtung 1 umfasst ein langgestrecktes zylindrisches Gehäuse 13 mit einer den Aktuatorstift 9 lagernden Längsführung 14, wobei der von einem als Schraubendruckfeder ausgebildeten Federmittel 15 in Ausfahrrichtung kraftbeaufschlagte Aktuatorstift 9 relativ zum Gehäuse 13 zwischen seiner eingefahrenen Halteposition und seiner (nicht dargestellten) Arbeitsposition, in welcher der Aktuatorstift 9 um einen der Tiefe der Verschiebenuten 8 entsprechenden Hub ausgefahren ist, hin und her verfährt. Zum Halten des Aktuatorstifts 9 in der Halteposition und zum Lösen des Aktuatorstifts 9 aus der Halteposition dient eine mit 16 bezeichnete Halte- und Lösevorrichtung. Die Halte- und Lösevorrichtung 16 umfasst einen in Verfahrrichtung des Aktuatorstifts 9 und von diesem unabhängig verlagerbaren Sperrschieber 17 sowie ein den Sperrschieber 17 in Ausfahrrichtung des Aktuatorstifts 9 kraftbeaufschlagendes weiteres Federmittel 18, hier in Form einer Federzunge aus Blechwerkstoff. Der als zylindrischer Stift ausgebildete Sperrschieber 17 ist in einer am zweiten Ende 19 des Aktuatorstifts 9 verlaufenden und hier als Sackloch ausgebildeten Längsbohrung 20 angeordnet und weist einen kreiskegelstumpfförmigen ersten Endabschnitt 21 auf, wobei eine gedachte Spitze des Kreiskegels in Ausfahrrichtung des Aktuatorstifts 9 weist.
Unter Einbeziehung der 2 und 3 dient der erste Endabschnitt 21 des Sperrschiebers 17 als erste Stützfläche 22 für drei als Kugeln ausgebildete Sperrkörper 23, die in drei gleichmäßig über den Umfang des Aktuatorstifts 9 verteilten und die Längsbohrung 20 schneidenden Querbohrungen 24 beweglich angeordnet sind. Wie es nachfolgend noch ausführlich erläutert wird, stützen sich die Kugeln 23 gehäuseseitig an einer zweiten Stützfläche 25 ab, die entweder gemäß 2 parallel zur Verfahrrichtung des Aktuatorstifts 9 verläuft oder gemäß 3, die einen vergrößerten schematischen Ausschnitt der Stützflächen 22, 25 in 1 darstellt, ebenfalls kreiskegelstumpfförmig ausgebildet ist. Folglich ist die in 2 dargestellte Konstellation der Stützflächen 22, 25 geometrisch dergestalt, dass die Stützflächen 22, 25 einen sich in Einfahrrichtung des Aktuatorstifts 9 verkleinernden Abstand zueinander aufweisen. Die Neigungswinkel der Stützflächen 22, 25 betragen dementsprechend α für den kreiskegelstumpfförmigen ersten Endabschnitt 21 des Sperrschiebers 17 und β = 0° für die parallel zur Verfahrrichtung des Aktuatorstifts 9 verlaufende zweite Stützfläche 25 des Gehäuses 13. Der Neigungswinkel α ist unter Berücksichtigung der auf den Sperrschieber 17 und den Aktuatorstift 9 wirkenden Federkräfte sowie der Reibungsverhältnisse an den Kugel-Stützflächen-Kontakten so gewählt, dass die Kugeln 23 infolge Selbsthemmung zwischen den Stützflächen 22, 25 eingespannt sind und so den Aktuatorstift 9 sicher in der Halteposition fixieren. Ein hierfür geeigneter Neigungswinkel α könnte beispielsweise 5° betragen.
Eine hierzu abweichende Konstellation der Stützflächen 22, 25 zueinander geht aus 3 hervor, wobei in diesem Fall der Abstand der Stützflächen 22, 25 zueinander in Einfahrrichtung des Aktuatorstifts 9 konstant ist. Sowohl die erste Stützfläche 22 des Sperrschiebers 17 als auch die zweite Stützfläche 25 im Gehäuse 13 sind mit identischen Neigungswinkeln α und β kreiskegelstumpfförmig ausgebildet. Auch bei dieser Ausgestaltung der Stützflächen 22, 25 stellt sich eine kraftschlüssige Klemmung der Kugeln 23 in Ausfahrrichtung des Aktuatorstifts 9 infolge Selbsthemmung ein.
Ein wesentliche Eigenschaft der in 3 dargestellten Konstellation der Stützflächen 22, 25 zueinander besteht darin, dass eine veränderte Endlage des Aktuatorstifts 9 in der Halteposition gemäß der gepunktet dargestellten Kugel 23 die entsprechende Axialposition des Sperrschiebers 17 aufgrund des konstanten Abstands der Stützflächen 22, 25 nicht beeinflusst. Mit anderen Worten ergibt sich hieraus eine im Betrieb der Stellvorrichtung 1 weitestgehend gleichbleibende Axialposition des Sperrschiebers 17, die von dynamisch be dingten Endlagenänderungen des Aktuatorstifts 9 in seiner Halteposition nahezu unabhängig ist. Dies gilt jedoch nicht für den sich in Einfahrrichtung des Aktuatorstifts 9 verkleinernden Abstand der Stützflächen 22, 25 gemäß 2: wie es aus der ebenfalls gepunkteten Darstellung der Kugel 23 und der ersten Stützfläche 22 hervorgeht, führt in diesem Fall eine infolge Bauteillängentoleranzen oder Massenträgheit weiter eingefahrene Endlage des Aktuatorstifts 9 in der Halteposition zu derselben axialen Positionsänderung des Sperrschiebers 17.
Ein sich aus der gleichbleibenden Position des Sperrschiebers 17 gemäß 3 ergebender Vorteil betrifft die Dimensionierung einer in 1 dargestellten Betätigungsvorrichtung 26, die als Teil der Halte- und Lösevorrichtung 16 von einem hier nicht dargestellten Steuergerät der Brennkraftmaschine ansteuerbarer Elektrohubmagnet ausgebildet ist. Der Elektrohubmagnet 26 umfasst als wesentliche Bauteile eine Magnetspule 27 mit einem darin verlaufenden Magnetkern 28 sowie der eingangs genannten Federzunge 18, die einen mit dem Sperrschieber 17 an dessen zweitem Endabschnitt 29 fest verbundenen Anker 30 in Ausfahrrichtung des Aktuatorstifts 9 kraftbeaufschlagt. Die von unterschiedlichen Endlagen des Aktuatorstifts 9 weitgehend unabhängige Position des Sperrschiebers 17 resultiert in einem nahezu konstanten Abstand des Ankers 30 zum Magnetkern 28, so dass bei der Dimensionierung des Elektrohubmagneten 26 betriebsbedingte Schwankungen des Luftspalts zwischen Magnetkern 28 und Anker 30 weitgehend unberücksichtigt bleiben können.
Eine ins Gehäuse 13 eingepresste Buchse 31 dient mit ihrer der Magnetspule 27 zugewandten Stirnseite als Axialanschlag für den Anker 30 und mit ihrer dem Aktuatorstift 9 zugewandten Stirnseite als Abstützung für die konzentrisch um den Sperrschieber 17 verlaufende Schraubendruckfeder 15. Der hier ein großes Radialspiel zum Sperrschieber 17 aufweisende Innendurchmesser der Buchse 31 kann alternativ auch so klein ausgeführt sein, dass die Buchse 31 als Längsführung für den Sperrschieber 17 dient. Um eine unzulässige Verdrillung der Schraubendruckfeder 15 infolge Rotation des Aktuatorstifts 9 bei Eingriff in der Verschiebenut 8 zu verhindern, kann es zweckmäßig sein, die Stirn seiten der Buchse 31 und/oder des Aktuatorstifts 9 mit guten Gleiteigenschaften oder alternativ mit separaten Gleitscheiben als Auflage für die Schraubendruckfeder 15 zu versehen.
Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung geht aus 4 hervor, in der drei Stellvorrichtungen entsprechend 1 zu einer kompakten Baueinheit 32 in einem gemeinsamen Gehäuse zusammengefasst sind. Eine solche Baueinheit 32 kann beispielsweise mit einem gegenüber 5 modifizierten Ventiltrieb zusammenwirken, wobei in diesem Fall am Nockenstück zwei unmittelbar benachbarte Verschiebenuten und drei Nocken pro Nockengruppe entsprechend eines dreistufig variablen Ventiltriebs vorzusehen sind.
Abschließend sei noch die Funktionsweise der erfindungsgemäßen Stellvorrichtung 1 erläutert. Ausgangspunkt ist der in 1 dargestellte Zustand, in welchem der Aktuatorstift 9 infolge des zuvor erläuterten Klemmens der Kugeln 23 zwischen den Stützflächen 22, 25 in seiner Halteposition fixiert ist. Ein Lösen des Aktuatorstifts 9 aus dieser Halteposition wird durch Bestromung des Elektrohubmagneten 26 eingeleitet, wobei der Anker 30 zusammen mit dem Sperrschieber 17 zum Magnetkern 28 angezogen und folglich die Klemmwirkung der Kugeln 23 gegenüber den Stützflächen 22, 25 aufgehoben wird. Der so gelöste Aktuatorstift 9 wird durch die Kraft der Schraubendruckfeder 15 in seine Arbeitsposition getrieben, wobei die Kugeln 23 im Falle des konstanten Abstands der Stützflächen 22, 25 gemäß 3 der Neigung der zweiten Stützfläche 25 im Gehäuse 13 folgen und sich radial einwärts in den Querbohrungen 24 verlagern. Während der Ausfahrbewegung oder nach Erreichen der Arbeitsposition des Aktuatorstifts 9 wird die Bestromung des Elektrohubmagneten 26 abgeschaltet, so dass sich der durch die Federzunge 18 kraftbeaufschlagte Sperrschieber 17 ebenfalls in Richtung der Arbeitsposition verlagert. Dabei wird der Ausfahrhub des Sperrschiebers 17 durch die als Axialanschlag dienende Buchse 31 beschränkt.
Im Falle des Ventiltriebs 2 gemäß 5 wird die Einfahrbewegung des Aktuatorstifts 9 durch den radialen Anstieg der Verschiebenuten 8 erzeugt. Aufgrund der Mitnehmerwirkung der Kugeln 23 folgt der Sperrschieber 17 dieser Einfahrbewegung entweder bis zum Erreichen der Halteposition gemäß 2 oder bis kurz vor Erreichen der Halteposition gemäß 3. In letzterem Fall verlagert sich der Aktuatorstift 9 bei bereits stillstehendem Sperrschieber 17 weiterhin in Einfahrrichtung, während die Kugeln 23 dem geneigten Verlauf der ersten Stützfläche 22 folgend radial ausweichen. Bei Erreichen der Halteposition setzt die Klemmwirkung der Kugeln 23 ein, so dass der Aktuatorstift 9 erneut in seiner Halteposition fixiert ist.

1: Stellvorrichtung
2: Ventiltrieb
3: Trägerwelle
4: Nockenstück
5: Nocken
6: Nocken
7: Gaswechselventil
8: Verschiebenut
9: Aktuatorstift
10: erstes Ende des Aktuatorstifts
11: Auslaufbereich
12: Zylinderflächenabschnitt
13: Gehäuse
14: Längsführung
15: Federmittel/Schraubendruckfeder
16: Halte- und Lösevorrichtung
17: Sperrschieber
18: weiteres Federmittel/Federzunge
19: zweites Ende des Aktuatorstifts
20: Längsbohrung
21: erster Endabschnitt des Sperrschiebers
22: erste Stützfläche
23: Sperrkörper/Kugel
24: Querbohrung
25: zweite Stützfläche
26: Betätigungsvorrichtung
27: Magnetspule
28: Magnetkern
29: zweiter Endabschnitt des Sperrschiebers
30: Anker
31: Buchse
32: Baueinheit
α: Neigungswinkel der ersten Stützfläche
β: Neigungswinkel der zweiten Stützfläche

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- WO 03/021612 A1 [0002]
- DE 102004021376 A1 [0003, 0024]
- DE 19611641 C1 [0005, 0024]

Claims

Stellvorrichtung (1) mit einem Gehäuse (13) sowie einem im Gehäuse (13) gelagerten, relativ zum Gehäuse (13) aus einer eingefahrenen Halteposition in eine Arbeitsposition ausfahrbaren und von einem Federmittel (15) in Ausfahrrichtung kraftbeaufschlagten Aktuatorstift (9) zur Verstellung eines mit der Stellvorrichtung (1) zusammenwirkenden Maschinenteils, das eine mit einem ersten Ende (10) des Aktuatorstifts (9) in dessen Arbeitsposition zusammenwirkende Verschiebenut (8) aufweist, die den Aktuatorstift (9) zurück in dessen Halteposition verlagert, wobei die Stellvorrichtung (1) eine ansteuerbare Halte- und Lösevorrichtung (16) zum Halten des Aktuatorstifts (9) in der Halteposition und zum Lösen des Aktuatorstifts (9) aus der Halteposition aufweist, gekennzeichnet durch die zumindest folgende Merkmale aufweisende Halte- und Lösevorrichtung (16): – einen Sperrschieber (17), der in einer am zweiten Ende (19) des Aktuatorstifts (9) verlaufenden Längsbohrung (20) relativ zu dieser verlagerbar angeordnet ist; – ein den Sperrschieber (17) in Ausfahrrichtung des Aktuatorstifts (9) kraftbeaufschlagendes weiteres Federmittel (18); – eine am Sperrschieber (17) ausgebildete erste Stützfläche (22); – eine im Gehäuse (13) ausgebildete zweite Stützfläche (25); – zumindest einen Sperrkörper (23), der in einer die Längsbohrung (20) schneidenden Querbohrung (24) beweglich angeordnet und in der Halteposition des Aktuatorstifts (9) zwischen den Stützflächen (22, 25) in folge Selbsthemmung eingespannt ist, wobei die Stützflächen (22, 25) einen in Einfahrrichtung des Aktuatorstifts (9) konstanten oder sich verkleinernden Abstand zueinander aufweisen; – und, zum Lösen des Aktuatorstifts (9) aus der Halteposition, eine ansteuerbare und den Sperrschieber (17) in Einfahrrichtung des Aktuatorstifts (9) verlagernde Betätigungsvorrichtung (26).
Stellvorrichtung (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sich die erste Stützfläche (22) in Ausfahrrichtung des Aktuatorstifts (9) radial verjüngt und dass die zweite Stützfläche (25) parallel zur Verfahrrichtung des Aktuatorstifts (9) verläuft.
Stellvorrichtung (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sich die erste Stützfläche (22) in Ausfahrrichtung des Aktuatorstifts (9) radial verjüngt und dass die Stützflächen (22, 25) parallel zueinander verlaufen.
Stellvorrichtung (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Sperrkörper (23) als Kugel ausgebildet ist.
Stellvorrichtung (1) nach Anspruch 4, gekennzeichnet durch drei Kugeln (23) und drei gleichmäßig über den Umfang des Aktuatorstifts (9) verteilte Querbohrungen (24), in denen die Kugeln (23) angeordnet sind.
Stellvorrichtung (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine der Stützflächen (22, 25) rotationssymmetrisch zur Verfahrrichtung des Aktuatorstifts (9) ausgebildet ist.
Stellvorrichtung (1) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Stützfläche (22) und/oder die zweite Stützfläche (25) kreiskegelstumpfförmig ausgebildet ist.
Stellvorrichtung (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Betätigungsvorrichtung (26) als Elektrohubmagnet mit einem den Sperrschieber (17) betätigenden Anker (30) ausgebildet ist.
Stellvorrichtung (1) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Sperrschieber (17) und der Anker (30) fest miteinander verbunden sind.
Stellvorrichtung (1) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Federmittel (15) als konzentrisch um den Sperrschieber (17) verlaufende Schraubendruckfeder ausgebildet ist, die an einer Stirnseite des zweiten Endes (19) des Aktuatorstifts (9) einerseits und an einer dem Aktuatorstift (9) zugewandten Stirnseite einer zwischen der Schraubendruckfeder (15) und dem Anker (30) fest im Gehäuse (13) angeordneten Buchse (31) andererseits abgestützt ist.