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Die Erfindung betrifft eine Stellvorrichtung für einen Aktuatorstift eines Maschinenteils mit einer Verschiebenut, insbesondere zur Verstellung eines Nockens entlang einer Nockenwelle, sowie eine Nockenwellenverstellvorrichtung mit einer solchen Stellvorrichtung.
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Aus der Praxis sind Stellvorrichtungen zur Ansteuerung eines hubvariablen Ventiltriebs einer Brennkraftmaschine bekannt. Dabei weist ein als Nockenstück ausgebildetes Maschinenteil benachbart angeordnete Nocken auf, deren unterschiedliche Nockenkonturen bzw. Öffnungsverläufe mittels eines Nockenfolgers selektiv auf ein Gaswechselventil übertragen werden. Zur betriebspunktabhängigen Einstellung dieser Öffnungsverläufe ist das Nockenstück drehfest, jedoch in axialer Richtung verschiebbar auf einer Trägerwelle (Nockenwelle) angeordnet. Zur Verschiebung des Nockenstücks und zur bedarfsweisen Aktivierung eines Öffnungsverlaufes weist das Nockenstück zwei spiralförmig und gegenläufig verlaufende Verschiebenuten auf. Die Verschiebung wird durch die Endabschnitte von Aktuatorstiften bewirkt, welche wechselweise in die Verschiebenuten eingreifen. Die Verschiebenuten weisen dabei einen axialen Verlauf derart auf, dass sich das Nockenstück in Zusammenwirkung mit dem zugehörigen, in Eingriff befindlichen Aktuatorstift, von einer in eine andere Nockenposition verschiebt. Der radiale Verlauf einer Verschiebenut ist in der Regel so gestaltet, dass diese gegen Ende des Verschiebevorgangs flacher wird und den in Eingriff befindlichen Aktuatorstift aus seiner ausgefahrenen Arbeitsposition zurück in eine eingefahrene Halteposition verlagert.
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Aus
EP 2 352 910 B1 ist eine elektromagnetische Nockenwellen-Verstellvorrichtung mit einer als Reaktion auf eine Bestromung einer stationären Spuleneineit entlang einer axialen Richtung antreibbaren Ankereinheit bekannt, die zum Zusammenwirken mit einer eine Nockenwellenverstellung eines Verbrennungsmotors bewirkenden Stelleinheit ausgebildet ist. Bei dieser Nockenwellen-Verstellvorrichtung sind an und/oder in der Ankereinheit und/oder der Stelleinheit als Permanentmagnetmittel bezeichnete Permanentmagnete vorgesehen, und die Spuleneinheit und die Ankereinheit sind zumindest teilweise in einer Gehäuse- oder Trägereinheit aufgenommen. Dabei ist die Trägereinheit zum bevorzugt berührungslosen magnetischen Zusammenwirken mit den Permanentmagneten ausgebildeten stationären Magnetfeld-Detektionsmitteln zugeordnet und so ausgebildet, dass in einem Bestromungssowie Nicht-Bestromungszustand der Spuleneinheit durch Auswertung eines Magnetfeld-Detektionsmittels eine axiale Position der Ankereinheit und/oder der Stelleinheit ermittelbar ist.
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Aus
DE 10 2007 024 600 A1 ist eine Stellvorrichtung mit einem zwischen einer eingefahrenen Halteposition und einer ausgefahrenen Arbeitsposition verfahrbaren Aktuatorstift zur Verstellung eines Maschinenteils bekannt. Bei dieser Stellvorrichtung ist die Verschiebenut derart ausgebildet, dass sie 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 in der Löseposition auf, welche sich der in entgegengesetzter Richtung wirksamen Einspannkraft eines Federmittels bedient, derart, dass der Aktuatorstift je nach Position entweder in Ausfahrrichtung oder in Einfahrrichtung kraftbeaufschlagt wird.
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Mit den aus dem Stand der Technik bekannten Vorrichtungen werden üblicherweise bistabile Lagen des Aktuatorstifts realisiert.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Stellvorrichtung für einen Aktuatorstift eines Maschinenteils mit einer Verschiebenut sowie eine Nockenwellenverstellvorrichtung mit einer solchen Stellvorrichtung zur Verfügung zu stellen, welche eine alternative, konstruktiv einfache und damit kostengünstig umsetzbare Lösung bereitstellt, um einen Aktuatorstift in einer Soll-Lage zu fixieren.
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Die Lösung der Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß mit den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche. Weitere praktische Ausführungsformen und Vorteile der Erfindung sind in Verbindung mit den abhängigen Ansprüchen beschrieben.
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Eine erfindungsgemäße Stellvorrichtung umfasst eine Antriebseinheit für einen Aktuatorstift eines Maschinenteils mit einer Verschiebenut. Bei dem Maschinenteil handelt es sich insbesondere um ein Nockenelement, welches axial verschiebbar auf einer Nockenwelle angeordnet ist. Die Antriebseinheit weist dabei mindestens ein Ankerelement und mindestens ein, das Ankerelement umgebendes Spulenelement auf, die derart angeordnet sind, dass das Ankerelement durch Bestromung des Spulenelements in einer axialen Richtung antreibbar ist. Der Aktuatorstift ist mit dem Ankerelement verbunden. Der Aktuatorstift und das Ankerelement sind insbesondere fest miteinander verbunden, wobei unter einer festen Verbindung auch eine magnetische Verbindung verstanden wird. Mit axialer Bewegung des Ankerelements wird entsprechend gleichzeitig auch der damit verbundene Aktuatorstift in axialer Richtung bewegt, insbesondere zwischen einer maximal eingefahrenen Endstellung und einer maximal ausgefahrenen Endstellung.
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Dabei sind die im Folgenden erläuterten Varianten a), b) und c) möglich, die einzeln oder auch in Kombination realisierbar sind:
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Variante a)
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Der Aktuatorstift weist mindestens eine Ausnehmung auf. Korrespondierend dazu ist in einem den Aktuatorstift unmittelbar umgebenden Gehäuseelement mindestens ein Rastelement derart angeordnet, dass das Rastelement in einer Soll-Relativlage zwischen Aktuatorstift und Gehäuseelement in die Ausnehmung eingreifen kann, um den Aktuatorstift in der Soll-Relativlage kraftschlüssig zu fixieren.
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Variante b)
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Der Aktuatorstift weist mindestens ein Rastelement auf, und in einem den Aktuatorstift unmittelbar umgebenden Gehäuseelement ist mindestens eine Vertiefung derart angeordnet, dass das Rastelement in einer Soll-Relativlage zwischen Aktuatorstift und Gehäuseelement in die Ausnehmung eingreifen kann, um den Aktuatorstift in der Soll-Relativlage kraftschlüssig zu fixieren.
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Die Variante b) kann insbesondere dadurch realisiert werden, dass an dem Aktuatorstift ein federelastisches Bauteil ausgebildet oder angeordnet ist, beispielsweise eine Federklammer, ein federelastisches Blech oder ein sonstiges geeignetes federelastisches Element, das mit einer oder mehreren geeignet ausgebildeten Vertiefungen an dem den Aktuatorstift umgehenden Gehäuseelement zusammenwirkt, um eine kraftschlüssige Fixierung des Aktuatorstifts in einer Soll-Relativlage (oder mehreren Soll-Relativlagen) zu bewirken.
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Mit anderen Worten ausgedrückt, handelt es sich bei der Variante b) und eine Umkehrung des Wirkprinzips gemäß Variante a). Diese kann alternativ oder in Ergänzung realisiert sein.
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Variante c)
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Es ist ein relativbewegliches Steuerelement vorgesehen, welches zwischen einer Fixierstellung und einer Verschiebestellung verfahrbar und derart angeordnet ist, dass durch Verfahren des Steuerelements in die Fixierstellung der Aktuatorstift in mindestens einer Soll-Relativlage formschlüssig fixierbar ist.
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Zu den Varianten a) und/oder b) ist festzuhalten, dass die Fixierung des Aktuatorstiftes in mindestens einer Soll-Relativlage mittels eines Rastelements, das Teil des Aktuatorstiftes und/oder Teil eines den Aktuatorstift umgehenden Gehäuseelements sein kann, und einer dazu korrespondierenden Ausnehmung eine besonders einfache mechanische Lösung darstellt. Eine entsprechende Stellvorrichtung ist damit besonders kostengünstig realisierbar.
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Alternativ oder in Ergänzung dazu ist es möglich, eine formschlüssige Fixierung des Aktuatorstiftes mittels eines zwischen einer Fixierstellung und einer Verschiebestellung verfahrbaren Steuerelements zu ermöglichen. Dabei kann als Stellglied für das Steuerelement zum Verfahren zwischen der Fixierstellung und der Verschiebestellung insbesondere ein pneumatischer, hydraulischer, magnetischer, elektrischer oder elektromechanischer Antrieb oder ein anderer geeigneter Antrieb vorgesehen sein. Es steht im Belieben des Fachmanns, einen für den jeweiligen Anwendungsfall geeigneten Antrieb als Stellglied auszuwählen und zu implementieren. Unabhängig von der Art des Stellgliedes des Steuerelements kann mit einer formschlüssigen Fixierung insbesondere eine erhöhte Funktionssicherheit gewährleistet werden, vor allem auch nach einer längeren Betriebsdauer einer entsprechenden Stellvorrichtung.
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Wie im Folgenden noch erläutert, kann es sich bei der genannten Soll-Relativlage, in welcher der Aktuatorstift kraftschlüssig und/oder formschlüssig fixierbar ist, insbesondere um eine Endstellung des Aktuatorstiftes handeln, d.h. um eine Stellung, in welcher der Aktuatorstift in axialer Richtung vollständig (d.h. maximal) ausgefahren oder vollständig (d.h. maximal) in axialer Richtung eingefahren ist. Alternativ oder ergänzend kann es sich bei dieser Soll-Relativlage um eine Zwischenstellung handeln. Die Möglichkeit der Fixierung in einer Zwischenstellung stellt einen großen Vorteil der erfindungsgemäßen Stellvorrichtung dar. Wie auch im Folgenden noch näher erläutert, bietet die erfindungsgemäße Stellvorrichtung weiterhin den Vorteil, dass auf eine Fixierung des Aktuatorstiftes mit relativ teuren Magnetelementen verzichtet werden kann.
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Die durch das Rastelement bewirkte - vorzugsweise ausschließlich kraftschlüssige, aber alternativ oder zusätzlich auch formschlüssige - Fixierung kann auf verschiedene Weise wieder gelöst werden. Zum einen kann im Falle einer ausschließlich kraftschlüssigen Fixierung der Aktuatorstift durch die radiale Kontur einer Verschiebenut in axialer Richtung eine derart große Kraft erfahren, dass der Aktuatorstift in Richtung der eingefahrenen Stellung bewegt wird und sich dann das Rastelement aus der Ausnehmung löst. Zum anderen kann im Falle einer ausschließlich kraftschlüssigen Fixierung durch die Bestromung des Spulenelements eine Bewegung des Ankerelements und damit des Aktuatorstiftes bewirkt werden, die auch dazu führt, dass sich das Rastelement aus der Ausnehmung löst. Alternativ oder in Ergänzung kann ein - ggf. auch formschlüssig fixierbares Rastelement - mit einer Steuerung versehen sein, die das Rastelement bedarfsweise in und/oder außer Eingriff bringt.
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In einer praktischen Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Stellvorrichtung ist das Rastelement und/oder das Steuerelement in dem Gehäuseelement in Richtung Aktuatorstift mittels eines Spannelements vorgespannt angeordnet. Mittels des Spannelements wird so eine definierte Vorspannkraft auf das Rastelement und/oder das Steuerelement ausgeübt, die dann im Falle der Wirkung auf ein Rastelement eine wirksame kraftschlüssige Einrastung aber auch ein wie vorstehend beschriebenes Lösen der Fixierung ermöglicht. Im Falle der Wirkung auf ein Steuerelement, unterstützt die Vorspannkraft den Antrieb des Steuerelements in eine bestimmte Richtung oder kann sogar als ausschließliche Antriebskraft vorgesehen sein.
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Insbesondere weist das Rastelement und/oder das Steuerelement auf der in Richtung Aktuatorstift weisenden Seite eine nach außen gewölbte Außenkontur auf, die mit einer komplementär ausgeformten, in dem Aktuatorstift ausgebildeten Innenkontur zusammenwirkt. Bei zwei zusammenwirkenden gewölbten Konturen handelt es sich um geometrisch simple Konturen, welche einfach herzustellen sind. Zudem kann damit eine formschlüssige Fixierung realisiert werden, welche gleichzeitig ein möglichst reibungsarmes und ruckelfreies Einrasten und Ausrasten des Rastelements und/oder des Steuerelements in die Ausnehmung ermöglicht.
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Besonders vorteilhaft ist das Spannelement und/oder das Steuerelement insbesondere eine Feder und/oder das Rastelement eine von dem Spannelement beaufschlagte Kugel. Bei beiden Elementen handelt es sich um kostengünstige und als Standardbauteile erhältliche Elemente.
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In einer weiteren praktischen Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Stellvorrichtung sind zwei Aktuatorstifte in einem Gehäuse gelagert. Jeweils ein mit dem Aktuatorstift zusammenwirkendes Rastelement und/oder das Steuerelement ist mittels eines dazwischen angeordneten Spannelements in Richtung des jeweiligen Aktuatorstifts vorgespannt. Eine Stellvorrichtung mit zwei Aktuatorstiften kommt insbesondere in Zusammenhang mit einem nachfolgend noch näher erläuterten Nockenstück mit zwei spiralförmig angeordneten Verschiebenuten zur Anwendung. Die Anzahl an Bauteilen kann dann durch ein gemeinsam genutztes Spannelement reduziert werden. Insbesondere sind die beiden Aktuatorstifte in dem Gehäuse benachbart und parallel zueinander angeordnet, und das Spannelement erstreckt sich quer zwischen den beiden Aktuatorstiften. Insbesondere ist in dem Gehäuse eine Öffnung oder Bohrung ausgebildet, in welcher das Spannelement aufgenommen ist. An den Enden des Spannelements ist dann jeweils ein Rastelement und/oder ein Steuerelement angeordnet, um mit dem korrespondierenden Aktuatorstift zusammenzuwirken.
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Unabhängig von der vorstehend beschriebenen Ausführungsform wird noch einmal darauf verwiesen, dass - insbesondere wenn eine besonders hohe Sicherheit gefordert ist und mechanische Wechselwirkungen zwischen zwei mit einem Spannelement beaufschlagten Rastelementen und/oder Steuerelementen erwünscht ist - jeweils ein Spannelement für nur ein Rastelement oder ein Steuerelement vorgesehen ist. Dies hat den weiteren Vorteil, dass etwaige Schäden, die durch Ausfall oder Ermüdung des Spannelements nach einer langen Betriebsphase entstehen könnten, sich nur auf einen Aktuatorstift auswirken und damit auf ein Minimum begrenzt werden.
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Die Stellvorrichtung ist besonders flexibel, wenn insbesondere mehrere Ausnehmungen für unterschiedliche Soll-Relativlagen an unterschiedlichen Positionen des Aktuatorstiftes oder Gehäuseelements ausgebildet sind. Insbesondere sind zwei oder drei Ausnehmungen an einem Aktuatorstift ausgebildet. Insbesondere sind die Ausnehmungen derart ausgebildet, dass diese sämtlich mit nur einem Rastelement zusammenwirken. Bei den Soll-Relativlagen kann es sich dabei um eine vollständig eingefahrene Endstellung des Aktuatorstiftes, eine vollständige ausgefahrene Endstellung des Aktuatorstiftes und/oder um eine dazwischenliegende Zwischenstellung des Aktuatorstiftes handeln.
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Wenn sämtliche, für die Stellvorrichtung vorgesehenen Soll-Relativlagen durch die Rastwirkung des Rastelements fixiert sind, können aus dem Stand der Technik bekannte Permanentmagnete zur Fixierung des Aktuatorstiftes in einer vollständig eingefahrenen Endstellung entfallen. Eine solche Stellvorrichtung weist dadurch ein besonders geringes Gewicht auf. Ferner kommt es nicht zur Ansammlung von metallischen Verschleißteilen an den Permanentmagneten.
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Es kann aber auch vorgesehen sein, dass ein Permanentmagnet derart fest mit dem Ankerelement verbunden ist, dass der Aktuatorstift in eine vollständig eingefahrene und in eine vollständig ausgefahrene Richtung antreibbar ist, wobei die mindestens eine Ausnehmung zur Fixierung des Aktuatorstiftes in einer Zwischenstellung ausgebildet ist. Der Permanentmagnet dient in diesem Fall zur Verbindung des Aktuatorstifts und des Ankerelements.
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Ausführungsformen, welche die Möglichkeit der Fixierung des Aktuatorstifts in einer Zwischenstellung aufweisen, sind dann besonders von Vorteil, wenn an einem Nockenstück zwei sich kreuzende Verschiebenuten ausgebildet sind und damit das Nockenstück nur eine geringe, sich in axialer Richtung erstreckende Breite aufweist. Steht ein Aktuatorstift mit derjenigen der beiden Verschiebenuten in Eingriff, die eine geringere Tiefe aufweist, so besteht im Kreuzungspunkt das Risiko, dass der Aktuatorstift in diejenige Verschiebenut mit der größeren Tiefe hineingerät. Um dies zu verhindern, wurde in aus der Praxis bekannten Lösungen das Spulenelement weiterhin bestromt und die Tiefe der Verschiebenut mit geringerer Tiefe mit einem Tiefensprung versehen. Die Bestromung erfolgt dabei in den aus der Praxis bekannten Ausführungsformen, um zu verhindern, dass eine axiale Rückbewegung stattfindet. Und der Tiefensprung ist erforderlich, um sicherzustellen, dass das durch die Bestromung bewirkte, geringfügige Ausfahren des Aktuatorstifts im Kreuzungspunkt nicht zu einem Anschlagen währen des Passierens des Kreuzungspunktes am Fortsetzungsbereich der weniger tiefen Verschiebenut führt. Der Tiefensprung ist mit dem Risiko verbunden, dass ein Aktuatorstift, der sich kurz hinter dem Kreuzungspunkt in der mittleren Verschiebenut befindet, beim Rückdrehen der Nockenwelle an der gegenüberliegenden Kante „anschlägt“. Damit kann es bei aus der Praxis bekannten Ausführungsformen zu Beschädigungen des Aktuatorstifts kommen. Weiterhin wurde der Aktuatorstift bislang kegelstumpfartig, d.h. im Querschnitt trapezförmig ausgebildet, und korrespondierend dazu waren die Seitenwände der Verschiebenut schräg ausgebildet, um den Aktuatorstift formschlüssig in der mittleren Verschiebenut zu halten und gegen axiales Zurückverschieben in die eingefahrene Stellung zu sichern. Die Herstellung dieser schrägen Anordnung ist mit einer aufwendigen und kostenintensiven Fertigung verbunden.
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Mit einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Stellvorrichtung, welche die Fixierung in einer Zwischenstellung ermöglicht, können die vorstehend genannten Nachteile vermieden werden. Der in die flachere Verschiebenut eingreifende Aktuatorstift kann im Bereich des Kreuzungspunktes in der Zwischenstellung mittels des Rastelements fixiert werden und behält so seine axiale Position bei. Die Tiefe der Verschiebenut kann jetzt vor und hinter dem Kreuzungspunkt gleichbleibend ausgebildet sein. Dadurch wird zum einen die zusätzliche Bearbeitung der Nut gespart und das vorstehend erläuterte Kollisionsrisiko vermieden. Der Aktuatorstift kann im Weiteren einen rechteckigen Querschnitt aufweisen, so dass die Herstellungskosten im Vergleich zu Lösungen mit einem trapezförmigen Querschnitt geringer sind.
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Die Erfindung betrifft auch eine Nockenwellenverstellvorrichtung mit einer wie vorstehend beschriebenen Stellvorrichtung. Als Maschinenteil ist ein auf einer Trägerwelle, insbesondere einer Nockenwelle, drehfest und längsverschiebbar angeordnetes Nockenstück eines hubvariablen Ventiltriebs einer Brennkraftmaschine vorgesehen. An dem Nockenstück sind mindestens zwei spiralförmige Verschiebenuten mit variabler Tiefe ausgebildet. In Bezug auf die Vorteile einer solchen Nockenwellenverstellvorrichtung wird auf die vorstehende Beschreibung verwiesen. Die Tiefe der Verschiebenuten variiert insbesondere derart, dass diese zum Ende eines Verschiebevorgangs hin flacher werden, um den Aktuatorstift in eine maximal eingefahrene Endstellung zu bringen.
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In einer praktischen Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Nockenwellenverstellvorrichtung sind die Verschiebenuten sich kreuzend an dem Nockenstück ausgebildet. Sich kreuzende Verschiebenuten beanspruchen weniger Bauraum als zwei in separaten Abschnitten verlaufende Verschiebenuten.
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Insbesondere weisen die Verschiebenuten eine unterschiedliche maximale Tiefe auf. Insbesondere bei sich kreuzenden Verschiebenuten mit unterschiedlicher Tiefe weist die Nockenwellenverstellvorrichtung eine Stellvorrichtung auf, welche die Fixierung der Aktuatorstifte in einer Zwischenstellung ermöglicht. Die Fixierung des Aktuatorstifts in der Zwischenstellung wird insbesondere dadurch bewirkt, dass der Aktuatorstift durch das Zusammenwirken von Spulenelement und Ankerelement in axialer Richtung in eine ausgefahrene Position bewegt wird. Die axiale Ausfahrbewegung wird dann durch die Tiefe der Verschiebenut vor dem Kreuzungspunkt gestoppt, so dass das Rastelement in die an dem Aktuatorstift ausgebildete Ausnehmung einrastet. Die Bestromung des Spulenelements kann dann beendet werden.
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Weitere praktische Ausführungsformen der Erfindung sind nachfolgend im Zusammenhang mit den Zeichnungen beschrieben. Es zeigen:
- 1 eine erste Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Stellvorrichtung in einer schematischen Darstellung,
- 2 eine zweite Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Stellvorrichtung in einer schematischen Darstellung,
- 3 eine dritte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Stellvorrichtung in einer schematischen Darstellung,
- 4 ein Abschnitt eines Nockenstücks mit zwei sich kreuzenden Verschiebenuten in einer Seitenansicht,
- 5 das Tiefenprofil der Verschiebenuten aus 4,
- 6 das Verschiebeprofil der Verschiebenuten aus 4, und
- 7 das Nockenstück aus 4 und ein Schnitt gemäß Linie VII-VII.
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In 1 ist eine Stellvorrichtung 10 gemäß Variante a) dargestellt. Die Stellvorrichtung 10 umfasst eine Antriebseinheit 12 und zwei Aktuatorstifte 14a, 14b.
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Die Stellvorrichtung 10 weist vorliegend zwei Ankerelemente 16a, 16b auf. Die Ankerelemente 16a, 16b sind jeweils von einem Spulenelement 18a, 18b umgeben. Bei Bestromung eines der Spulenelemente 18a, 18b wird eine axiale Verlagerung des dazu korrespondierenden Ankerelements 16a, 16b in Richtung des Pfeils A bewirkt.
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Jeweils ein Aktuatorstift 14a, 14b ist vorliegend fest mit einem der beiden Ankerelemente 16a, 16b verbunden, so dass bei einer axialen Verlagerung eines Ankerelements 16a, 16b in Richtung des Pfeils A auch eine axiale Verlagerung des damit verbundenen Aktuatorstifts 14a, 14b in Richtung des Pfeils A bewirkt wird.
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Die beiden Aktuatorstifte 14a, 14b sind zudem in einem als Führungsgehäuse dienenden Gehäuseelement 20 angeordnet und erstrecken sich parallel zueinander.
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Beide Aktuatorstifte 14a, 14b weisen in dieser ersten Ausführungsform jeweils zwei in axialer Richtung voneinander beabstandete, gewölbte halbkugelförmige Ausnehmungen 22a, 22a' und 22b, 22b' auf. Zum Einrasten in die Ausnehmungen 22a, 22a' ist vorliegend ein Rastelement 24a in Form einer Kugel 30a vorgesehen. Für die Ausnehmungen 22b, 22b' ist ein Rastelement 24b in Form einer Kugel 30b vorgesehen. Zudem ist zwischen den Rastelementen 24a, 24b eine als Spannelement 26 dienende Feder 28 angeordnet. Durch die Feder 28 werden die beiden Kugeln 30a, 30b gegen die Außenkontur der jeweiligen Aktuatorstifte 14a, 14b vorgespannt. Die Feder 28 ist hier in einer senkrecht zu den Aktuatorstiften 14a, 14b verlaufenden Bohrung 32 in dem Gehäuseelement 20 angeordnet.
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Befindet sich ein Aktuatorstift 14a, 14b mit einer der Ausnehmungen 22a, 22a', 22b, 22b' auf der Höhe der jeweiligen Kugel 30a, 30b, so rastet die Kugel 30a, 30b in der jeweiligen Ausnehmung 22a, 22a', 22b, 22b' ein und der Aktuatorstift 14a, 14b ist gegenüber dem Gehäuseelement 20 kraftschlüssig in dieser Soll-Relativlage fixiert. Vorliegend sind für jeden Aktuatorstift 14a, 14b aufgrund der zwei Ausnehmungen 22a, 22a', 22b, 22b' zwei Soll-Relativlagen ausgebildet.
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Bei den Soll-Relativlagen handelt es hier um eine vollständig eingefahrene und eine vollständig ausgefahrene Endstellung der Aktuatorstifte 14a, 14b. Wie in 1 erkennbar ist, sind die beiden Aktuatorstifte 14a, 14b unterschiedlich weit ausgefahren und in der gezeigten Position befindet sich der linke Aktuatorstift 14a in einer vollständig ausgefahrenen Stellung und in Eingriff mit einer Verschiebenut (nicht dargestellt) und der rechte Aktuatorstift 14b in einer vollständig eingefahrenen Stellung und nicht in Eingriff mit einer Verschiebenut (nicht dargestellt).
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Im Folgenden werden zur Beschreibung weiterer Ausführungsformen für identische oder zumindest funktionsgleiche Bauteile dieselben Bezugszeichen verwendet, wie zur Beschreibung der ersten Ausführungsform.
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Die zweite, in 2 gezeigte Ausführungsform einer Stellvorrichtung 10 weist ebenfalls eine Antriebseinheit 12 mit zwei Ankerelementen 16a, 16b, korrespondierenden Spulenelementen 18a, 18b und mit den jeweiligen Ankerelementen 16a, 16b verbundene Aktuatorstifte 14a, 14b auf. An den Enden der Ankerelemente 16a, 16b sind Permanentmagnete 34a, 34b angeordnet, welche zur Verbindung der Ankerelemente 16a, 16b mit dem korrespondierenden Aktuatorstift 14a, 14b dienen.
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Vorliegend weisen die Aktuatorstifte 14a, 14b jeweils nur eine Ausnehmung 22a, 22b auf, so dass das Rastelement 24a, 24b nur zur Fixierung einer einzigen Soll-Relativlage dient. Hier handelt es sich bei der Soll-Relativlage und eine Zwischenstellung zwischen einer vollständig ausgefahrenen und einer vollständig eingefahrenen Stellung des Aktuatorstifts 14a, 14b. In der jeweils vollständig eingefahrenen und vollständig ausgefahrenen Stellung werden die Aktuatorstifte 14a, 14b mittels der Permanentmagnete 34a, 34b fixiert.
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In 3 ist eine dritte Ausführungsform dargestellt. Im Gegensatz zur in 2 gezeigten zweiten Ausführungsform weist diese Stellvorrichtung 10 keine Permanentmagnete zur Fixierung der Aktuatorstifte 14a, 14b in ihrer Endstellung auf. Im Gegensatz zur ersten Ausführungsform weisen die Aktuatorstifte 14a, 14b hier jeweils drei Ausnehmungen 22a, 22a' 22a'', 22b, 22b', 22b'' auf, in welche das Rastelement 24a, 24b bedarfsweise einrasten kann.
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Ist der Aktuatorstift 14a, 14b in einer Soll-Relativlage fixiert, in welcher das korrespondierende Rastelement 24a, 24b in die oberste Ausnehmung 22a, 22b eingreift, so handelt es sich hier um die maximal herausgefahrene Endstellung des Aktuatorstifts 14a, 14b. Entsprechend ist die unterste Ausnehmung 22a'', 22b'' für eine Fixierung in einer maximal eingefahrenen Endstellung vorgesehen und die mittlere Ausnehmung 22a', 22b' für eine Fixierung in einer Zwischenstellung.
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Die Funktionsweise der in 2 und in 3 gezeigten Stellvorrichtungen 10 wird im Folgenden in Zusammenhang mit den 4 bis 6 erläutert.
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In 4 ist ein Abschnitt eines Nockenelements 36 dargestellt, in welchem zwei Verschiebenuten 38a, 38b ausgebildet sind. Die beiden Verschiebenuten 38a, 38b erstrecken sich vorliegend spiralförmig über den Umfang des Nockenelements 36 und sind einander kreuzend angeordnet.
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Die Tiefe der jeweiligen Verschiebenuten 38a, 38b ist in 5 über den Umfangswinkel aufgetragen dargestellt. Dabei ist erkennbar, dass die Verschiebenut 38a eine geringere Tiefe über einen Großteil des Umfangs aufweist, als die Verschiebenut 38b. Die Tiefe der beiden Verschiebenuten 38a, 38b variiert und nimmt jeweils zu kleineren und größeren Umfangswinkeln ab. Hiermit wird zum Ende des Verschiebevorgangs eine axiale Verschiebung der jeweiligen Aktuatorstifte 14a, 14b in Richtung der eingefahrenen Endstellung bewirkt.
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In 6 ist die Verschiebung über den Umfangswinkel dargestellt. Hier ist erkennbar, dass die Startpunkte der Verschiebevorgänge der einzelnen Verschiebenuten 38a, 38b und die entsprechenden Endpunkte voneinander abweichen. Der Verschiebevorgang korrespondierend mit der Verschiebenut 38a beginnt und endet vor dem Verschiebevorgang korrespondierend zu der Verschiebenut 38b. Dadurch ist der Kreuzungspunkt 40 der beiden Verschiebenuten 38a, 38b nach unten verschoben.
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7 zeigt einen Querschnitt durch den Kreuzungspunkt 40. Hierbei ist erkennbar, dass die Verschiebenut 38a eine geringere Tiefe aufweist und im Kreuzungspunkt 40 durch die tiefere Verschiebenut 38b unterbrochen wird. Bei einer Verschiebung des Nockenelements 36 mit einem in der flacheren Verschiebenut 38a in Eingriff befindlichen Aktuatorstift 14a, wird der Aktuatorstift 14a gemäß der zweiten und dritten Ausführungsform in der Zwischenstellung kraftschlüssig mittels des Rastelements 24a, 24b fixiert und behält so seine axiale Position bei. Entsprechend ist die Tiefe der Verschiebenut 38a vor und hinter dem Kreuzungspunkt 40 gleich, was durch die gestrichelte Linie 42 angedeutet ist. Der Aktuatorstift 14a ist zudem im Querschnitt rechteckig ausgebildet.
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Die in der vorliegenden Beschreibung, in den Zeichnungen sowie in den Ansprüchen offenbarten Merkmale der Erfindung können sowohl einzeln als auch in beliebigen Kombinationen für die Verwirklichung der Erfindung in ihren verschiedenen Ausführungsformen wesentlich sein. Die Erfindung kann im Rahmen der Ansprüche und unter Berücksichtigung der Kenntnisse des zuständigen Fachmanns variiert werden.
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In Verbindung mit der Variante b) der Erfindung wird insoweit noch darauf verwiesen, dass zur Realisierung einer solchen Variante insbesondere Ausnehmungen, beispielsweise halbkreisförmige Ausnehmungen analog zu den Ausnehmungen 22a, 22a' an dem Aktuatorstift 14a in 1 an einem Gehäuseelement 20 ausgebildet sein können. Mit diesen Ausnehmungen könnte dann beispielsweise ein anstelle der Ausnehmungen 22a, 22a' vorgesehenes federelastisches Element zusammenwirken, das an dem Aktuatorstift 14a ausgebildet oder angeordnet ist, beispielsweise eine Federklammer, die an dem Aktuatorstift 14a befestigt ist. Die Kinematik des Aktuatorstiftes 14a kann in diesem Fall identisch oder nahezu identisch sein, weil es sich lediglich um eine Wirkprinzipumkehr handelt. Diese Variante b) ist in den Figuren nicht gezeigt.
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Alternativ oder in Ergänzung dazu - und ebenfalls in den Figuren nicht dargestellt - ist die Variante c), gemäß welcher anstelle oder zusätzlich zu einem Rastelement 24a und einer korrespondierenden Vertiefung 22a (oder mehreren solchen Vertiefungen) ein relativbewegliches Steuerelement (nicht dargestellt) vorgesehen ist, das eine formschlüssige Fixierung eines Aktuatorstifts ermöglicht.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Stellvorrichtung
- 12
- Antriebseinheit
- 14a, 14b
- Aktuatorstift
- 16a, 16b
- Ankerelement
- 18a, 18b
- Spulenelement
- 20
- Gehäuseelement
- 22a, 22b,
- Ausnehmung
- 24a, 24b
- Rastelement
- 26
- Spannelement
- 28
- Feder
- 30a, 30b
- Kugel
- 32
- Bohrung
- 34a, 34b
- Permanentmagnet
- 36
- Nockenelement
- 38a, 38b
- Verschiebenut
- 40
- Kreuzungspunkt
- 42
- gestrichelte Linie
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- EP 2352910 B1 [0003]
- DE 102007024600 A1 [0004]