WO2008052884A1

WO2008052884A1 - Stellvorrichtung

Info

Publication number: WO2008052884A1
Application number: PCT/EP2007/061089
Authority: WO
Inventors: Andreas Nendel; Harald Elendt
Original assignee: Schaeffler KG
Current assignee: IHO Holding GmbH and Co KG
Priority date: 2006-11-03
Filing date: 2007-10-17
Publication date: 2008-05-08
Anticipated expiration: 2009-05-03
Also published as: DE102006051809A1

Abstract

Vorgeschlagen ist eine Stellvorrichtung (1) mit wenigstens einem aus einer Ruheposition in eine Arbeitsposition ausfahrbaren Aktuatorstift (3), insbesondere zur Verstellung eines auf einer Trägerwelle drehfest und längsverschiebbar angeordneten Nockenstücks eines hubvariablen Ventiltriebs einer Brennkraftmaschine. Die Stellvorrichtung weist eine ansteuerbare Haltevorrichtung (18) zum Halten des Aktuatorstifts in der Ruheposition und zum Lösen des Aktuatorstifts aus der Ruheposition auf. Dabei soll die Haltevorrichtung formschlüssig wirkend ausgebildet sein, indem ein Sperrstift (26) mit Sperrkörpern (22) zusammenwirkt derart, dass der Sperrstift die Sperrkörper, zum Halten des Aktuatorstifts in der Ruheposition, in radial auswärtiger Richtung gegen eine Radialausnehmung (9) abstützt und dass der Sperrstift die Sperrkörper, zum Lösen des Aktuatorstifts aus der Ruheposition, in radial einwärtiger Richtung freigibt.

Description

Bezeichnung der Erfindung

Stellvorrichtung

Beschreibung

Gebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft eine Stellvorrichtung mit wenigstens einem in einer Längsführung eines Gehäuses gelagerten und relativ zum Gehäuse aus einer eingefahrenen Ruheposition in eine Arbeitsposition ausfahrbaren Aktuatorstift zur Verstellung eines mit der Stellvorrichtung zusammenwirkenden Maschinenteils. Dieses ist insbesondere als auf einer Trägerwelle drehfest und längsverschiebbar angeordnetes Nockenstück eines hubvariablen Ventiltriebs einer Brennkraftmaschine ausgebildet und weist eine spiralförmige Verschiebenut auf, in die ein erster Endabschnitt des Aktuatorstifts in der Arbeitsposition einkoppelbar ist. Dabei weist die Stellvorrichtung eine ansteuerbare Haltevorrichtung zum Halten des von einem Federmittel in Richtung der Arbeitsposition kraftbeaufschlagten Aktuatorstifts in der Ruheposition und zum Lösen des Aktuatorstifts aus der Ruheposition auf.

Hintergrund der Erfindung

Eine derartige Stellvorrichtung geht aus der als gattungsbildend betrachteten WO 03/021 612 A1 hervor. Deren Haltevorrichtung 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 Ruheposition am un- bestromten Elektromagneten hält. Zum Lösen des Aktuatorstifts aus der Ruhe- Position 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 Abstoßungseffekts 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 Nockenstück mit darauf benachbart angeordneten Nocken, deren unterschiedliche Öffnungsverläufe mittels eines konventionell starr ausgebildeten Nockenfolgers selektiv auf ein Gaswechselventil übertragen werden. Zur be- triebspunktabhängigen 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 ein Eingriff befindlichen Verschiebenut dazu führt, dass sich das Nockenstück selbststeuernd und nocken- wellenwinkeltreu 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 Ruheposition 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 Haltevorrichtung dennoch mit verschiedenen Nachteilen verbunden sein. Zu diesen zählt einerseits die Größe der zur Erzeugung einer ausreichenden Haltekraft erforderlichen Wirkfläche zwischen dem Elektromagneten und dem Permanentmagneten, deren radialer Bauraumbedarf erheblich größer als derjenige des Aktuatorstifts ist. Aufgrund dieses Bauraumbedarfs besteht im Falle des erläuterten hubvariablen Ventiltriebs stets das erhöhte Risiko, dass die in eine bereits bestehende Zylinderkopfarchitektur zu integrierende Stellvorrichtung mit der vorhandenen Umgebungskonstruktion unvereinbar kollidiert. So würde sich die Verwendbarkeit dieser Verstellvorrichtung insbesondere in einem hubvariablen Ventiltrieb der gleichen Gattung, wie er in der DE 196 1 1 641 C1 vorgeschlagen ist, als konstruktiv außerordentlich schwierig erweisen. Denn das dort vorgeschlagene Nockenstück weist drei Nocken mit unterschiedlichem Öffnungsverlauf 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 dieser Stellvorrichtung ist andererseits 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 Haltevorrichtung einen gegen- über dem Aktuatorstift möglichst geringen Mehrbedarf an radialem Bauraum aufweisen, damit die Stellvorrichtung ohne oder zumindest mit vertretbarem konstruktiven Änderungsaufwand in bereits bestehende Maschinenarchitektu- ren und insbesondere in Zylinderköpfe von Brennkraftmaschinen integrierbar ist. Darüber hinaus soll die Stellvorrichtung möglichst einfach und unter Großserienbedingungen kostengünstig herstellbar sein.

Zusammenfassung der Erfindung

Die Lösung dieser Aufgabe ergibt sich aus den Merkmalen des Anspruchs 1 , während vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen den Unteransprüchen entnehmbar sind. Demnach wird die Aufgabe dadurch gelöst, dass die Haltevorrichtung formschlüssig wirkend ausgebildet ist und zumindest folgende Merkmale aufweist:

- eine in einem zweiten Endabschnitt des Aktuatorstifts verlaufende Längsbohrung und eine die Längsbohrung schneidende Querbohrung;

- eine in der Längsführung des Gehäuses verlaufende und in der Ruheposition des Aktuatorstifts mit der Querbohrung fluchtende Radialausnehmung;

- ein oder mehrere in der Querbohrung verschiebbar angeordnete Sperrkörper und

- eine ansteuerbare Betätigungsvorrichtung mit einem in der Längsbohrung verschiebbar angeordneten Sperrstift, der in der Querbohrung verfährt und mit den Sperrkörpern zusammenwirkt derart, dass der Sperrstift die Sperrkörper, zum Halten des Aktuatorstifts in der Ruheposition, in radial auswärtiger Richtung gegen die Radialausnehmung abstützt und dass der Sperrstift die Sperrkörper, zum Lösen des Aktuatorstifts aus der Ruheposition, in radial einwärtiger Richtung freigibt.

Demnach weist die erfindungsgemäße Stellvorrichtung eine Haltevorrichtung auf, die den Aktuatorstift nicht über magnetische Anziehungskräfte mit entsprechend großer Wirkfläche gemäß dem zitierten Stand der Technik, sondern durch Formschluss entgegen der Kraft des Federmittels in dessen Ruheposition fixiert. Der für die Haltevorrichtung verbleibende Bauraumbedarf ist nunmehr deutlich reduziert, da die erforderliche Haltekraft hier als formschlüssig erzeugte Klemmkraft eine gegenüber einer magnetischen Wirkfläche erheblich kleinere Kontaktfläche erfordert. Konkret wird diese Kontaktfläche durch die Radialaus- nehmung gebildet, in der sich der oder die in der Ruheposition des Aktua- torstifts aus dessen Querbohrung herausragenden und vom Sperrstift gehaltenen Sperrkörper unter Erzeugung größtmöglicher Klemmkräfte abstützen. Demgegenüber müssen die zum Lösen des Aktuatorstifts aus dieser gesperrten Ruheposition von der Betätigungsvorrichtung aufzubringenden Betätigungskräfte lediglich die zwischen dem Sperrstift und den Sperrkörpern auftretenden Reibungskräfte überwinden. Da diese Reibungskräfte um ein Vielfaches geringer als die erzeugbaren Klemmkräfte sind, kann auch die Betätigungsvorrich- tung weitestgehend unabhängig von ihrem physikalischen Wirkprinzip sehr klein bauend ausgeführt werden.

In Weiterbildung der Erfindung sollen die Querbohrung als Durchgangsbohrung ausgebildet und zwei beidseitig des Sperrstifts angeordnete Sperrkörper vorge- sehen sein. Einerseits ist diese Anordnung gegenüber lediglich einem Sperrkörper deshalb vorteilhaft, da entweder bei identischer Dimensionierung der Sperrkörper größere Klemmkräfte erzeugbar sind oder bei kleinerer Dimensionierung der Sperrkörper - entsprechend einem weiterhin reduzierten Bauraumbedarf der Haltevorrichtung - die gegebenenfalls bereits ausreichende Klermm- kraft nur eines Klemmkörpers erzeugbar ist. Andererseits weist diese Anordnung gegenüber drei oder mehr Klemmkörpern den Vorteil der geringeren Bauteileanzahl sowie der Beschränkung auf nur eine Querbohrung im Aktuatorstift auf.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung sollen die Sperrkörper als Kugeln ausgebildet sein. Diese sind als extrem kostengünstiges Massenprodukt einer Wälzkörperfertigung entnehmbar, wobei es zweckmäßig sein kann, dass sich ein mit den Kugeln zusammenwirkender Endabschnitt des Sperrstifts in Richtung seiner kugelseitigen Stirnseite konisch verjüngt. Diese Ausgestaltung er- möglicht einen besonders verschleißarmen Gleit- oder Wälzkontakt zwischen den Kugeln und dem Sperrstift, kurz bevor der Aktuatorstift in seine Ruheposition zurückkehrt. Denn in dieser Bewegungsphase müssen die sich zunächst vollständig in der Querbohrung aufhaltenden Kugeln durch den dann in der Querbohrung verfahrenden Sperrstift möglichst frei von Kantenpressungen radial auswärts in Richtung der Radialausnehmung verdrängt werden. Gegenüber einem Sperrstift mit rein zylindrischem Endabschnitt wird durch den Kontakt zwischen der Kegelmantelfläche des konischen Endabschnitts und der Kugeloberfläche nicht nur ein schlagartig auftretender Kantenkontakt am Sperrstift verhindert, sondern auch ein sanftes Abgleiten oder Abwälzen der Kugeln an der Kegelmantelfläche in radial auswärtiger Richtung begünstigt.

Außerdem ist es vorgesehen, dass die Radialausnehmung als Ringnut mit einer sich radial einwärts konisch verjüngenden und in der Ruheposition des Aktua- torstifts als Abstützfläche für die Kugeln dienenden Axialschulter ausgebildet ist. Die Ringnut stellt eine vorteilhafte Alternative zu lokal ausgebildeten Radialaus- nehmungen dar, die entsprechend der Anzahl der verwendeten Kugeln bei- spielsweise als mit der Querbohrung fluchtende Bohrungen in der Längsführung des Gehäuses ausgebildet sein können. Nachteilig an einer solchen Ausgestaltung ist jedoch der dann erforderliche Zusatzaufwand zur Sicherung des Aktua- torstifts gegen Verdrehen in der Längsführung, um auch das radiale Fluchten der Bohrungen mit der Querbohrung in der Ruheposition des Aktuatorstifts zu gewährleisten.

Im Hinblick auf eine fertigungstechnisch besonders einfach herzustellende Ringnut ist eine ortsfest im Gehäuse angeordnete Buchse als Teil der Längsführung vorgesehen, welche Buchse die Ringnut mit ihrer der Axialschulter zu- gewandten Ringstirnfläche axial begrenzt. In diesem Fall bietet es sich an, das Gehäuse mit einer im Durchmesser gestuften Bohrung zu versehen, so dass, bezogen auf den ersten Endabschnitt des Aktuatorstifts, der diesseits der Querbohrung verlaufende Teil der Längsführung unmittelbar im Gehäuse und der jenseits der Querbohrung verlaufende Teil der Längsführung durch die In- nenmantelfläche der Buchse gebildet sind. Um dabei ebenfalls einen von Kantenträgern freien und verschlei ßarmen Kontakt der Kugeln mit der Ringstirnfläche zu gewährleisten, an welche die Kugeln in der Bewegungsphase des Aktuatorstifts kurz vor Wiedererreichen der Ruheposition anschlagen können, soll ferner die Ringstirnfläche im wesentlichen spiegelsymmetrisch zur Axialschulter ausgebildet sein.

In besonders bevorzugter Fortbildung der Erfindung soll die Betätigungsvorrichtung als Elektrohubmagnet mit einem den Sperrstift betätigenden Anker ausgebildet sein. Obwohl die Betätigungsvorrichtung auch auf anderen bekannten, beispielsweise hydraulischen oder pneumatischen Wirkprinzipien basieren kann, lässt sich der elektromagnetisch angesteuerte Sperrstift besonders schnell und mit hoher Präzision betätigen. Im Hinblick auf niedrige Herstellkosten können dabei auch der Sperrstift und der Anker zu einem einstückigen Bauteil zusammengefasst sein. In diesem Fall kann den unterschiedlichen mecha- nischen und elektromagnetischen Anforderungen an die Bauteilbeschaffenheit beispielsweise durch angepasste Werkstoffauswahl mit einer gegebenenfalls erforderlichen, verschleißresistenten Oberflächenbeschichtung Rechnung getragen werden.

Weiterhin soll die Stellvorrichtung als Baueinheit ausgebildet sein, die zumindest das Gehäuse, eine im Gehäuse angeordnete Gruppe von Aktuatorstiften, die die Aktuatorstifte kraftbeaufschlagenden Federmittel und die voneinander unabhängig ansteuerbaren Haltevorrichtungen umfasst. Eine derartige Baueinheit eignet sich insbesondere im Falle des hubvariablen Ventiltriebs als separat vom Zylinderkopf der Brennkraftmaschine hergestelltes und einbaufertiges Zulieferteil, das zudem kostengünstig je nach Anzahl der Aktuatorstifte modular aufgebaut sein kann. Alternativ kann es dennoch vorgesehen sein, die Aktuatorstifte in einem dem Maschinenteil und der Stellvorrichtung gemeinsamen Gehäuse anzuordnen, so dass die Aktuatorstifte im Falle des hubvariablen Ven- tiltriebs unmittelbar oder mittels Buchsen im Zylinderkopf der Brennkraftmaschine als Gehäuse gelagert werden. Überdies sollen der Aktuatorstift und das als Schraubendruckfeder ausgebildete Federmittel mittels einer zwischen diesen angeordneten Gleitscheibe rotativ entkoppelt sein. Hierdurch wird eine Übertragung einer Drehbewegung des Ak- tuatorstifts, welche durch den Reibkontakt des Aktuatorstifts an der Verschie- benut hervorgerufen werden kann, auf die Schraubendruckfeder verhindert, so dass diese im Hinblick auf ihre Dauerfestigkeit nicht unzulässig verdrillt wird.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung soll der Sperrstift durch die Kraft eines als Schraubendruckfeder ausgebildeten weiteren Fe- dermittels in Richtung der Querbohrung kraftbeaufschlagt sein, wobei sich das weitere Federmittel an einem fest mit dem Sperrstift verbundenen Axialbund abstützt. Obwohl eine Federkraftbeaufschlagung des Sperrstifts für die Funktion der Stellvorrichtung nicht zwingend erforderlich ist, da dieser bei einer besonders reibungsarm ausgebildeten Stellvorrichtung auch lediglich durch Schwer- kraftein Wirkung in Richtung der Querbohrung kraftbeaufschlagbar wäre, unterstützt das weitere Federmittel den für die Funktion der Stellvorrichtung vorgegebenen Bewegungsablauf des Sperrstifts. Dieser Bewegungsablauf ist im Rahmen der Beschreibung eines Ausführungsbeispiels näher erläutert.

Weiterhin ist es vorgesehen, dass das Federmittel und das weitere Federmittel konzentrisch verlaufen und mit ihren der Gleitscheibe bzw. dem Axialbund abgewandten Federenden an einer ortsfest im Gehäuse angeordneten Stützscheibe anliegen. Vorteilhafterweise weist dabei auch die Stützscheibe eine Oberfläche auf, auf der die Enden der beiden Schraubendruckfedern gleichzei- tig rotieren können. Dies ist dann zweckmäßig, wenn die Rotation des Aktuatorstifts durch Reibung in der Längsbohrung auf den Sperrstift und folglich dessen die Schraubendruckfeder abstützenden Axialbund übertragen wird. Auch in diesem Fall bestünde ohne weitere Maßnahmen das Risiko, dass die Rotation des Axialbunds auf die Schraubendruckfeder des Sperrstifts übertragen wird und bei zu hoher Reibkraft an der gegenüberliegenden Federauflage zu einer unzulässigen Verdrillung dieser Schraubendruckfeder führt. Um eine hieraus resultierende Beschädigung der Schraubendruckfeder zu vermeiden, kann es dennoch auch zweckmäßig sein, zusätzlich oder alternativ die Federauflage des Axialbunds mit günstigen Gleiteigenschaften zu versehen.

Schließlich kann die Stützscheibe auch zur definierten Hubbegrenzung des Sperrstifts dienen, indem der Sperrstift einen fest mit diesem verbundenen weiteren Axialbund aufweist, der in Richtung der Querbohrung an der den Federenden abgewandten Seite der Stützscheibe anschlägt.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung und aus den Zeichnungen, in denen ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Stellvorrichtung vereinfacht dargestellt ist. Sofern es nicht anders erwähnt ist, sind dabei gleiche oder funktionsgleiche Merkmale oder Bauteile mit gleichen Bezugszeichen versehen. Es zeigen:

Figur 1 eine als Baueinheit ausgebildete Stellvorrichtung mit drei Aktua- torstiften im perspektivischen Längsschnitt und

Figur 2 die Stellvorrichtung gemäß Figur 1 in ungeschnittener perspektivischer Darstellung.

Ausführliche Beschreibung der Zeichnungen

In Figur 1 ist eine erfindungsgemäße Stellvorrichtung 1 offenbart, die zur Ansteuerung eines an sich bekannten und hier nicht dargestellten hubvariablen Ventiltriebs einer Brennkraftmaschine dient. Das grundlegende Funktionsprinzip eines solchen Ventiltriebs geht beispielsweise aus den eingangs zitierten Druckschriften DE 196 1 1 641 C1 sowie DE 10 2004 021 376 A1 hervor und lässt sich dahingehend zusammenfassen, dass anstelle einer konventionell starr ausgebildeten Nockenwelle eine Trägerwelle mit einem darauf drehfest und längsverschiebbar angeordneten Nockenstück vorgesehen ist. Das Nockenstück weist ein oder mehrere Gruppen axial benachbarter Nocken mit unterschiedlichem Öffnungsverlauf auf, welche zur betriebspunktabhängigen Be- tätigung von Gaswechselventilen dienen. Die zur selektiven Aktivierung des jeweiligen Nockens erforderliche Verschiebung des Nockenstücks auf der Trägerwelle erfolgt über spiralförmige Verschiebenuten am Nockenstück, die sich entsprechend der Verschieberichtung in ihrer Orientierung unterscheiden und je nach momentaner Stellung des Nockenstücks mit ersten Endabschnitten 2 se- lektiv betätigter Aktuatorstifte 3 in Eingriff gebracht werden.

Bei der hier offenbarten Verstellvorrichtung 1 handelt es sich um eine separat hergestellte und in den Zylinderkopf der Brennkraftmaschine montierbare Baueinheit mit einem gemeinsamen Gehäuse 4 und einer Gruppe von drei darin angeordneten und hier zylindrisch ausgebildeten Aktuatorstiften 3. Diese sind in Längsführungen 5 des Gehäuses 4 gelagert, wobei jede der Längsführungen 5 einerseits durch den durchmesserreduzierten Abschnitt einer Stufenbohrung 6 im Gehäuse 4 und andererseits durch die Innenmantelfläche 7 einer in den durchmessererweiterten Abschnitt der Stufenbohrung 6 eingezogenen Buchse 8 gebildet ist. Auf diese Weise lassen sich mit fertigungstechnisch einfachen Mitteln Radialausnehmungen 9 in Form einer Ringnut 10 herstellen, die in axialer Richtung durch eine gehäuseseitige Axialschulter 1 1 einerseits und durch eine buchsenseitige Ringstirnfläche 12 andererseits begrenzt ist.

Zum besseren Verständnis sind die Aktuatorstifte 3 in unterschiedlichen Axialpositionen dargestellt. Dabei befindet sich der in Figur 1 linke Aktuatorstift 3 in seiner eingefahrenen Ruheposition, d.h. dessen erster Endabschnitt 2 ist außer Eingriff mit der Verschiebenut. Der rechte Aktuatorstift 3 hingegen befindet sich in seiner ausgefahrenen Arbeitsposition, d.h. dessen erster Endabschnitt 2 ist im Eingriff mit der Verschiebenut. Der mittlere Aktuatorstift 3 befindet sich im Zustand der Bewegung kurz nach Verlassen seiner Ruheposition. Aufgrund des modularen Aufbaus der Stellvorrichtung 1 mit drei identischen Bausätzen, die jeweils einen der Aktuatorstifte 3 und die an dessen Betätigung beteiligten Komponenten enthalten, ist zur sprachlichen Vereinfachung nachfolgend nur einer der Bausätze erläutert. Zum Aufbringen der den Aktuatorstift 3 aus der Ruheposition in die Arbeitsposition treibenden Kraft dient ein Federmittel 13, das in Form einer Schraubendruckfeder 14 zwischen einer ortsfest am Gehäuse 4 anliegenden Stützscheibe 15 einerseits und einer stirnseitig eines zweiten Endabschnitts 16 des Aktuatorstifts 3 anliegenden Gleitscheibe 17 andererseits eingespannt sind. Die Aufgabe der Gleitscheibe 17 besteht darin, den Aktuatorstift 3 rotativ von der Schraubendruckfeder 14 zu entkoppeln, so dass eine Verdrehung des sich im Eingriffszustand mit der Verschiebenut befindlichen ersten Endabschnitts 2 des Aktuatorstifts 3 nicht zum Verdrillen der Schraubendruckfeder 14 führt.

Zur Steuerung des Aktuatorstifts 3 weist die Stellvorrichtung 1 eine ansteuerbare Haltevorrichtung 18 auf, die den Aktuatorstift 3 in der Ruheposition hält und bei Bedarf aus der Ruheposition löst (die drei Haltevorrichtungen 18 sind selbstverständlich unabhängig voneinander ansteuerbar). Erfindungsgemäß ist die Haltevorrichtung 18 formschlüssig wirkend ausgebildet und umfasst folgende Merkmale bzw. Komponenten: eine in dem zweiten Endabschnitt 16 des Aktuatorstifts 3 verlaufende Längsbohrung 19;

- eine die Längsbohrung 19 schneidende und als Durchgangsbohrung ausgebildete Querbohrung 20; - die in der Ruheposition des Aktuatorstifts 3 mit der Querbohrung 20 fluchtende Ringnut 10;

- zwei in der Querbohrung 20 verschiebbar angeordnete und als Kugeln 21 ausgebildete Sperrkörper 22 und

- eine ansteuerbare Betätigungsvorrichtung 23, die hier als Elektrohubmag- net 24 mit einem Anker 25 und einem von diesem betätigten und in der

Längsbohrung 19 verschiebbar angeordneten Sperrstift 26 ausgebildet ist. Ausgehend von der Ruheposition des - in Figur 1 linken - Aktuatorstifts 3 ist nachfolgend der Bewegungsablauf der Stellvorrichtung 1 beschrieben. Der Ak- tuatorstift 3 wird dadurch in der Ruheposition gehalten, dass sich ein mit den Kugeln 21 zusammenwirkender Endabschnitt 27 des Sperrstifts 26 ausreichend weit in der Querbohrung 20 befindet, um die Kugeln 21 in radial auswärtiger Richtung gegen die Axialschulter 1 1 der Ringnut 10 abzustützen. Zum Lösen des - in Figur 1 mittleren - Aktuatorstifts 3 aus der Ruheposition wird der Anker

25 bei bestromter Spule 28 des Elektrohubmagneten 24 angezogen, so dass der hier einstückig mit dem Anker 25 ausgebildete Sperrstift 26 in der Querboh- rung 20 angehoben wird und die Kugeln 21 in radial einwärtiger Richtung freigibt. Das Anheben des Sperrstifts 26 erfolgt entgegen der Kraft eines weiteren Federmittels 29, das als innerhalb der Schraubendruckfeder 14 konzentrisch zu dieser angeordnete Schraubdruckfeder 30 ausgebildet und zwischen der Stützscheibe 15 und einem mit dem Sperrstift 26 fest verbundenen Axialbund 31 eingespannt ist.

Um eine möglichst hohe Beschleunigung des Aktuatorstifts 3 aus der Ruheposition zu gewährleisten, und um gleichzeitig die Kontaktpressungen zwischen den Kugeln 21 und der Axialschulter 1 1 zu reduzieren, verjüngt sich die Axialschul- ter 1 1 konisch in radial einwärtiger Richtung. Folglich können die vom Sperrstift

26 freigegebenen und sich vollständig in die Querbohrung 20 verlagernden Kugeln 21 an der Axialschulter 1 1 abrollen oder abgleiten. Anschließend wird der - in Figur 1 rechte - Aktuatorstift 3 durch die Kraft der Schraubendruckfeder 14 in seine Arbeitsposition getrieben, in welcher dessen erster Endabschnitt 2 in der spiralförmigen Verschiebenut am Nockenstück eingekoppelt ist, um dieses um eine Nockenbreite zu verschieben. Wie es aus der Darstellung dieses Aktuatorstifts 3 weiterhin hervorgeht, ist der Elektrohubmagnet 24 in der Arbeitsposition bereits wieder unbestromt und zieht den Anker 25 nicht mehr an. Zur Hubbegrenzung des Sperrstifts 26 dient dabei ein mit diesem fest verbundener wei- terer Axialbund 32, der in diesem Ausführungsbeispiel als einfache Durchmessererweiterung im Übergangsbereich zum Anker 25 ausgebildet ist und an der den Federenden 33 der Schraubendruckfedern 14 und 30 abgewandten Seite der Stützscheibe 15 anschlägt.

Die nach dem Verschieben des Nockenstücks erforderliche Rückstellung des Aktuatorstifts 3 in seine Ruheposition erfolgt bekanntermaßen durch die Verschiebenut selbst, in dem deren Spiralform sich radial erhebend ausläuft und den Aktuatorstift 3 zurück in die Ruheposition treibt. Kurz vor Erreichen der Ruheposition schlagen die Kugeln 21 auf dem Endabschnitt 27 des Sperrstifts 26 auf und heben diesen in Richtung des Elektrohubmagneten 24 an. Dieser Zu- stand entspricht wiederum der Darstellung des in Figur 1 mittleren Aktuatorstifts 3, wobei sich jedoch der Elektrohubmagnet 24 im nach wie vor unbestromten Zustand befindet. Schließlich gleiten oder rollen die nun in radial auswärtiger Richtung freigegebenen Kugeln 21 an dem sich in Richtung seiner kugelseitigen Stirnseite 34 konisch oder kegelförmig verjüngenden Endabschnitt 27 des Sperrstifts 26 zurück in die Ringnut 10. Gleichzeitig wird der Sperrstift 26 durch die Kraft der Schraubendruckfeder 30 zurück in Richtung der Querbohrung 20 verlagert und sperrt die Kugeln 21 in radial einwärtiger Richtung.

Damit der Aktuatorstift 3 auch unter Berücksichtigung von Bauteiltoleranzen die gesperrte Ruheposition sicher erreicht, und um gleichzeitig einen schleifenden, verschlei ßfördernden Kontakt zwischen der Stirnseite 35 des ersten Endabschnitts 2 und dem Nockenstück außerhalb der Verschiebenut zu verhindern, ist es weiterhin vorgesehen, die Verschiebenut in ihrem Auslaufbereich mit zumindest einer in radialer Richtung wirkenden Beschleunigungsrampe zu verse- hen. Bei Rotation des Nockenstücks bewirkt diese Beschleunigungsrampe, dass der Aktuatorstift 3 aufgrund seiner Massenträgheit gegenüber dem Grund der Verschiebenut abhebt und nach einer Freiflugphase, die in der Größenordnung von 1 mm oder kleiner liegt, sicher in die gesperrte Ruheposition zurückkehrt. Um das sichere Zurückkehren des Aktuatorstifts 3 auch bei kleinen Dreh- zahlen des Nockenstücks zu gewährleisten, können auch zwei oder mehr aufeinander folgende Beschleunigungsrampen vorgesehen sein, deren spezifische oder drehzahlunabhängige Beschleunigungswerte in Drehrichtung des Nocken- Stücks zunehmen. Einer solchen Ausgestaltung liegt die Überlegung zugrunde, dass zum Abheben des Aktuatorstifts 3 bei hohen Drehzahlen des Nockenstücks ein niedrigerer spezifischer Beschleunigungswert als bei kleinen Drehzahlen erforderlich ist. Demnach würde der Aktuatorstift 3 bei hohen Drehzah- len bereits mit der ersten Beschleunigungsrampe und bei niedrigen Drehzahlen des Nockenstücks erst mit der zweiten bzw. letzten Beschleunigungsrampe sicher in die Ruheposition zurückgetrieben werden, ohne dabei verschleiß- oder geräuschkritische Beschleunigungsgrenzwerte zu überschreiten. In diesem Zusammenhang sei auch erwähnt, dass die Ringstirnfläche 12 der Buchse 8 mit einer Innenfase 36 im wesentlichen spiegelsymmetrisch zur Axialschulter 1 1 der Ringnut 10 ausgebildet ist, um die bei einem dynamisch bedingten Anschlagen der Kugeln 21 an der Ringstirnfläche 12 auftretenden Kontaktpressungen auf einem niedrigem Niveau zu halten.

Eine ungeschnittene Gesamtansicht der Stellvorrichtung 1 ist schließlich in Figur 2 dargestellt. Zur Vereinfachung wurde auf die Darstellung für die Ansteuerung der Elektrohubmagneten 24 erforderlichen Stromkabel oder Steckverbindungen verzichtet. Deutlich zu erkennen hingegen ist das flanschartig ausgebildete Gehäuse 4 mit Verschraubungspunkten 37 zur Befestigung der Stellvor- richtung 1 am Zylinderkopf sowie ein mit dem Gehäuse 4 verschraubter Verschlussdeckel 38.

Liste der Bezugszahlen

1 Stellvorrichtung

2 erster Endabschnitt des Aktuatorstifts

3 Aktuatorstift

4 Gehäuse

5 Längsführung

6 Stufenbohrung

7 Innenmantelfläche

8 Buchse

9 Radialausnehmung

10 Ringnut

1 1 Axialschulter

12 Ringstirnfläche

13 Federmittel

14 Schraubendruckfeder

15 Stützscheibe

16 zweiter Endabschnitt des Aktuatorstifts

17 Gleitscheibe

18 Haltevorrichtung

19 Längsbohrung

20 Querbohrung

21 Kugel

22 Sperrkörper

23 Betätigungsvorrichtung

24 Elektrohubmagnet

25 Anker

26 Sperrstift

27 Endabschnitt des Sperrstifts

28 Spule des Elektrohubmagneten

29 weiteres Federmittel

30 Schraubendruckfeder Axialbund weiterer Axialbund Federende kugelseitige Stirnseite des Sperrstifts Stirnseite des ersten Endabschnitts Innenfase der Ringstirnfläche Verschraubungspunkt Verschlussdeckel

Claims

Patentansprüche

Stellvorrichtung (1 ) mit wenigstens einem in einer Längsführung (5) eines Gehäuses (4) gelagerten und relativ zum Gehäuse (4) aus einer eingefahrenen Ruheposition in eine Arbeitsposition ausfahrbaren Aktuatorstift (3) zur Verstellung eines mit der Stellvorrichtung (1 ) zusammenwirkenden Maschinenteils, das insbesondere als auf einer Trägerwelle drehfest und längsverschiebbar angeordnetes Nockenstück eines hubvariablen Ventil- triebs einer Brennkraftmaschine ausgebildet ist und eine spiralförmige

Verschiebenut aufweist, in die ein erster Endabschnitt (2) des Aktua- torstifts (3) in der Arbeitsposition einkoppelbar ist, wobei die Stellvorrichtung (1 ) eine ansteuerbare Haltevorrichtung (18) zum Halten des von einem Federmittel (13) in Richtung der Arbeitsposition kraftbeaufschlagten Aktuatorstifts (3) in der Ruheposition und zum Lösen des Aktuatorstifts (3) aus der Ruheposition aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Haltevorrichtung (18) formschlüssig wirkend ausgebildet ist und zumindest folgende Merkmale aufweist:

- eine in einem zweiten Endabschnitt (16) des Aktuatorstifts (3) verlau- fende Längsbohrung (19) und eine die Längsbohrung (19) schneidende Querbohrung (20);

- eine in der Längsführung (5) des Gehäuses (4) verlaufende und in der Ruheposition des Aktuatorstifts (3) mit der Querbohrung (20) fluchtende Radialausnehmung (9); - ein oder mehrere in der Querbohrung (20) verschiebbar angeordnete

Sperrkörper (22) und

- eine ansteuerbare Betätigungsvorrichtung (23) mit einem in der Längsbohrung (19) verschiebbar angeordneten Sperrstift (26), der in der Querbohrung (20) verfährt und mit den Sperrkörpern (22) zusammen- wirkt derart, dass der Sperrstift (26) die Sperrkörper (22), zum Halten des Aktuatorstifts (3) in der Ruheposition, in radial auswärtiger Richtung gegen die Radialausnehmung (9) abstützt und dass der Sperrstift (26) die Sperrkörper (22), zum Lösen des Aktuatorstifts (3) aus der Ruheposition, in radial einwärtiger Richtung freigibt.

2. Stellvorrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Querbohrung (20) als Durchgangsbohrung ausgebildet ist und dass zwei beidseitig des Sperrstifts (26) angeordnete Sperrkörper (22) vorgesehen sind.

3. Stellvorrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Sperrkörper (22) als Kugeln (21 ) ausgebildet sind.

4. Stellvorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass sich ein mit den Kugeln (21 ) zusammenwirkender Endabschnitt (27) des Sperrstifts (26) in Richtung seiner kugelseitigen Stirnseite (34) konisch ver- jungt.

5. Stellvorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Radialausnehmung (9) als Ringnut (10) mit einer sich radial einwärts konisch verjüngenden und in der Ruheposition des Aktuatorstifts (3) als Ab- Stützfläche für die Kugeln (21 ) dienenden Axialschulter (1 1 ) ausgebildet ist.

6. Stellvorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass eine ortsfest im Gehäuse (4) angeordnete Buchse (8) als Teil der Längsfüh- rung (5) vorgesehen ist, welche Buchse (8) die Ringnut (10) mit ihrer der

Axialschulter (1 1 ) zugewandten Ringstirnfläche (12) axial begrenzt.

7. Stellvorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Ringstirnfläche (12) im wesentlichen spiegelsymmetrisch zur Axialschulter (1 1 ) ausgebildet ist.

8. Stellvorrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Betätigungsvorrichtung (23) als Elektrohubmagnet (24) mit einem den Sperrstift (26) betätigenden Anker (25) ausgebildet ist.

9. Stellvorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Sperrstift (26) und der Anker (25) einstückig ausgebildet sind.

10. Stellvorrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Stellvorrichtung (1 ) als Baueinheit ausgebildet ist, die zumindest das Ge- häuse (4), eine im Gehäuse (4) angeordnete Gruppe von Aktuatorstiften

(3), die die Aktuatorstifte (3) kraftbeaufschlagenden Federmittel (13) und die voneinander unabhängig ansteuerbaren Haltevorrichtungen (18) um- fasst.

1 1 . Stellvorrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Aktuatorstift (3) und das als Schraubendruckfeder (14) ausgebildete Federmittel (13) mittels einer zwischen diesen angeordneten Gleitscheibe (17) rotativ entkoppelt sind.

12. Stellvorrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Sperrstift (26) durch die Kraft eines als Schraubendruckfeder (30) ausgebildeten weiteren Federmittels (29) in Richtung der Querbohrung (20) kraftbeaufschlagt ist, wobei sich das weitere Federmittel (29) an einem fest mit dem Sperrstift (26) verbundenen Axialbund (31 ) abstützt.

13. Stellvorrichtung nach den Ansprüchen 1 1 und 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Federmittel (13) und das weitere Federmittel (29) konzentrisch verlaufen und mit ihren der Gleitscheibe (17) bzw. dem Axialbund (31 ) abgewandten Federenden (33) an einer ortsfest im Gehäuse (4) angeordneten Stützscheibe (15) anliegen.

14. Stellvorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass der

Sperrstift (26) einen fest mit diesem verbundenen weiteren Axialbund (32) aufweist, der zur Hubbegrenzung des Sperrstifts (26) in Richtung der

Querbohrung (20) an der den Federenden (33) abgewandten Seite der Stützscheibe (15) anschlägt.