DE102007024600A1

DE102007024600A1 - Stellvorrichtung

Info

Publication number: DE102007024600A1
Application number: DE200710024600
Authority: DE
Inventors: Andreas Nendel
Original assignee: Schaeffler KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2007-05-25
Filing date: 2007-05-25
Publication date: 2008-11-27

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 zum Halten des Aktuatorstifts (9) in der Halteposition und zum Lösen des Aktuatorstifts (9) aus der Halteposition auf, welche sich der in entgegengesetzte Richtungen wirksamen Einspannkraft eines Federmittels (26) bedient, derart, dass der Aktuatorstift (9) je nach Position entweder in Ausfahrrichtung oder in Einfahrrichtung kraftbeaufschlagt wird.

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 Aktua torstift 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 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 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 längsverschiebbar 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 für den quasistatischen Fall 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 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.
Die Verwendbarkeit der Stellvorrichtung würde sich insbesondere bei einem hubvariablen Ventiltrieb der gleichen Gattung, wie er in der DE 196 11 641 C1 vorgeschlagen ist, als konstruktiv außerordentlich schwierig erweisen. 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 ein sicheres Zurückziehen des Aktuatorstifts innerhalb dessen Resthubs sowie ein sicheres Halten des Aktuatorstifts in der Halteposition gewährleisten. Mit anderen Worten soll eine radial möglichst klein bauende Stellvorrichtung geschaffen werden, die den Aktuatorstift sicher und gegenüber der Verschiebenut ausreichend eingriffsfrei in der Halteposition fixiert. 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 Halte- und Lösevorrichtung zumindest folgende Merkmale aufweist:

– ein erstes Druckstück und ein zweites Druckstück, wobei das Federmittel zwischen einander zugewandten Stirnseiten der Druckstücke eingespannt ist und wobei die Druckstücke relativ zum Gehäuse und relativ zum Aktuatorstift in Verfahrrichtung des Aktuatorstifts verlagerbar sind;
– eine gehäusefeste erste Stützfläche und eine gehäusefeste zweite Stützfläche;
– eine aktuatorstiftfeste erste Stützfläche und eine aktuatorstiftfeste zweite Stützfläche;
– zumindest ein im ersten Druckstück quer zur Verfahrrichtung des Aktuatorstifts verschieblich gelagertes erstes Rastelement und zumindest ein im zweiten Druckstück quer zur Verfahrrichtung des Aktuatorstifts verschieblich gelagertes zweites Rastelement sowie
– zum Lösen des Aktuatorstifts aus der Halteposition, eine ansteuerbare und den Aktuatorstift in dessen Ausfahrrichtung verlagernde Betätigungsvorrichtung,

Die erfindungsgemäße Stellvorrichtung weist folglich eine Halte- und Lösevorrichtung auf, die sich der in entgegengesetzte Richtungen wirksamen Einspannkraft des Federmittels bedient derart, dass der Aktuatorstift je nach seiner Position im Gehäuse entweder in Ausfahrrichtung oder in Einfahrrichtung kraftbeaufschlagt wird. Zur Erzeugung dieser Kraftwirkungsumkehr auf den Aktuatorstift ist es lediglich erforderlich, die Fußpunkte des Federmittels alternierend im Gehäuse festzulegen mit der Folge, dass das Federmittel nicht nur für ein schnelles Ausfahren des Aktuatorstifts aus der Halteposition in die Arbeitsposition sorgt, sondern auch ein Einfahren des Aktuatorstifts über den von der Verschiebenut quasistatisch erzeugten Einfahrhub hinaus in die Halteposition bewirkt. Dementsprechend wird die Einfahrbewegung des Aktuatorstifts innerhalb des Resthubs nicht über magnetische Anziehungskräfte eines Permanentmagneten mit großer radialer Wirkfläche gemäß dem zitierten Stand der Technik erzeugt, sondern durch die mechanische Kraftwirkung des vergleichsweise kleinbauenden Federmittels. Gleichzeitig weisen auch die mit den zugehörigen Stützflächen mechanisch zusammenwirkenden Rastelemente zur Arretierung der Druckstücke und zur Kraftbeaufschlagung des Aktuatorstifts einen kleinen radialen Bauraumbedarf auf.
Zudem entspricht die von der Betätigungsvorrichtung aufzubringende Kraft zum Lösen des Aktuatorstifts aus der Halteposition – von Reibungseinflüssen abgesehen – ungünstigstenfalls der Kraft des Federmittels in dieser Position, so dass neben der Halte- und Lösevorrichtung auch die Betätigungsvorrichtung weitestgehend unabhängig von ihrem physikalischen Wirkprinzip radial kleinbauend ausgeführt werden kann.
Zusammenfassend zeichnet sich die erfindungsgemäße Stellvorrichtung also dadurch aus, dass sie bei minimalem radialen Bauraumbedarf selbst bei quasistatischem Zusammenspiel mit dem Maschinenteil bzw. dem Nockenstück, d. h. ohne nennenswerte Unterstützung der in Einfahrrichtung wirksamen Trägheitskräfte des Aktuatorstifts, ein sicheres Zurückziehen und Halten des Aktua torstifts in ausreichender Entfernung vom Einflussbereich der Verschiebenut gewährleistet.
In Weiterbildung der Erfindung soll das Federmittel als Schraubendruckfeder ausgebildet sein. Außerdem kann es im Hinblick auf eine Hubbegrenzung des Aktuatorstifts in Einfahrrichtung zweckmäßig sein, wenn das Gehäuse eine den Aktuatorstift lagernde Stufenbohrung mit einer Axialschulter aufweist, die als Endanschlag für eine Ringstirnfläche des im Durchmesser gestuft ausgebildeten Aktuatorstifts in dessen Halteposition dient.
Wie es auch an einem später erläuterten Ausführungsbeispiel der Erfindung deutlich wird, kann diese Hubbegrenzung ebenfalls dazu dienen, die in der Halteposition auf den Aktuatorstift wirkende Kraft des Federmittels zu einem großen Teil am Gehäuse abzustützen, so dass die von der Betätigungsvorrichtung aufzubringende Lösekraft deutlich reduziert werden kann.
Im Hinblick auf einfach und kostengünstig herzustellende Komponenten der Stellvorrichtung ist es außerdem vorgesehen, dass das erste Druckstück und das zweite Druckstück jeweils als hohlzylindrische Schiebehülse mit einer das zugehörige Rastelement lagernden Querbohrung ausgebildet sind. Zweckmäßigerweise sind dabei gleichmäßig über den Umfang jeder Schiebehülse verteilte Rastelemente vorgesehen. Diese Anordnung ist gegenüber jeweils nur einem Rastelement zum einen deshalb vorteilhaft, da entweder bei identischer Größe des Rastelements größere Abstützkräfte erzeugbar sind oder bei kleinerer Größe des Rastelements – entsprechend einem weiterhin reduzierten Bauraumbedarf der Halte- und Lösevorrichtung – die ggf. bereits ausreichende Abstützkraft nur eines Rastelements erzeugbar ist. Zum anderen führt die jeweils über den Umfang der Schiebehülse gleichmäßige Anordnung der Rastelemente zu einer mechanisch günstigen, zentrierten Abstützung des Aktuatorstifts innerhalb des Gehäuses.
Weiterhin sollen die Rastelemente als Kugeln ausgebildet sein, wie sie als extrem kostengünstiges Massenprodukt einer Wälzkörperfertigung entnehmbar sind. Im Falle von drei Kugeln sollen diese um 120° versetzt am Umfang jeder Schiebehülse verteilt sein.
Ebenfalls im Hinblick auf eine kostengünstige Herstellbarkeit der Stellvorrichtung ist es außerdem vorgesehen, dass die gehäusefesten und aktuatorstiftfesten Stützflächen kreiskegelstumpfförmig ausgebildet und folglich als einfache Drehteile herstellbar sind. Abweichend hiervon besteht jedoch auch die Möglichkeit, die Stützflächen mit Laufbahnen für das oder die Rastelemente auszustatten, wobei es sich im Falle einer Kugel beispielsweise um eine Rille mit kreissegmentförmigem Querschnitt handeln könnte. In diesem Zusammenhang sei auch erwähnt, dass die am Gehäuse und am Aktuatorstift ausgebildeten Stützflächen selbstverständlich nicht unmittelbar an diesen Bauteilen verlaufen müssen, sondern auch Oberflächen von separaten Bauteilen, wie Ringe oder Buchsen, sein können, die am Aktuatorstift bzw. im Gehäuse angebracht sind.
In einer besonders bevorzugten Fortbildung der Erfindung soll die Betätigungsvorrichtung als Elektrohubmagnet mit einem den Aktuatorstift an seinem zweiten Ende betätigenden Anker ausgebildet sein. Obwohl die Betätigungsvorrichtung auch auf anderen bekannten, beispielsweise hydraulischen oder pneumatischen Wirkprinzipien basieren kann, lässt sich der elektromagnetisch angesteuerte Aktuatorstift zeitlich besonders schnell und mit hoher Präzision betätigen. Im Hinblick auf niedrige Herstellkosten können dabei auch der Aktuatorstift und der Anker zu einem einteiligen Bauteil zusammengefasst sein. In diesem Fall können unterschiedlichen mechanischen und elektromagnetischen Anforderungen an die Bauteilbeschaffenheit beispielsweise durch angepasste Werkstoffauswahl mit einer ggf. erforderlichen, verschleißresistenten Oberflächenbeschichtung Rechnung getragen werden.
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 ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Stellvorrichtung sowie ein mit der Stellvorrichtung zusammenwirkender hubvariabler Ventiltrieb teilweise vereinfacht dargestellt sind. Sofern es nicht anders erwähnt ist, sind dabei gleiche oder funktionsgleiche Merkmale oder Bauteile mit gleichen Bezugszahlen versehen. Es zeigen:
1 eine erfindungsgemäße Stellvorrichtung im Längsschnitt;
2 ein mit der Stellvorrichtung zusammenwirkender hubvariabler Ventiltrieb einer Brennkraftmaschine in perspektivischer Darstellung;
3 eine vergrößerte Detailansicht der Stellvorrichtung gemäß 1 und
4a–d die Stellvorrichtung gemäß 1 mit verschiedenen Verfahrpositionen des Aktuatorstifts.
Ausführliche Beschreibung der Zeichnungen
In 1 ist eine erfindungsgemäße Stellvorrichtung 1 offenbart, die zur Ansteuerung eines an sich bekannten und in 2 dargestellten hubvariablen Ventiltriebs 2 einer Brennkraftmaschine dient. Das grundlegende Funktionsprin zip 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 der jeweiligen Nocken 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, ein Aktuatorstift 9 mit seinem ersten Ende 10 einkoppelbar ist.
Die in 1 dargestellte Stellvorrichtung 1 befindet sich momentan in diesem eingekoppelten Zustand, der dadurch charakterisiert ist, dass sich der Aktuatorstift 9 in seiner ausgefahrenen Arbeitsposition befindet und sich auf dem Nutgrund der Verschiebenut 8 abstützt. Demgegenüber geht eine in Halteposition eingefahrene Stellung des Aktuatorstifts 9, in welcher dieser nicht mit der Verschiebenut 8 zusammenwirkt, aus der später erläuterten 4d hervor. In der in 1 ohne Berücksichtigung ihrer Spiralform vereinfacht dargestellten Verschiebenut 8 ist deren Umfangsverlauf mit einem radial wirkenden Auslaufbereich 11 zu erkennen, dessen Erhebung den Aktuatorstift 9 gegen Ende des Verschiebevorgangs zurück in seine Halteposition verlagert. Ein sich an den Auslaufbereich 11 anschließender hubfreier Bereich entspricht einem in 2 dargestellten Zylinderflächenabschnitt 12, zu welchem das erste Ende 10 des Aktuatorstifts 9 in der eingefahrenen Halteposition einen geringen radialen Abstand aufweist. Dieser radiale Abstand, der einen schleifenden Kontakt des Aktuatorstifts 9 auf dem Zylinderflächenabschnitt 12 und ggf. ein unkontrolliertes sowie mechanisch und akustisch ungünstiges Zurückfallen des Aktuatorstifts 9 in die Verschiebenut 8 bei rotierendem Nockenstück 4 ausschließt, wird durch den konstruktiven Aufbau der nachfolgend im Detail erläuterten, erfindungsgemäßen Stellvorrichtung 1 erzeugt.
Die in 1 und in einer vergrößerten Detailansicht in 3 dargestellte Stellvorrichtung 1 weist ein lang gestrecktes hohlzylindrisches Gehäuse 13 mit einer Stufenbohrung 14 auf, in welcher der zylindrische Aktuatorstift 9 in Verfahrrichtung gelagert ist. Zum Halten des Aktuatorstifts 9 in der Halteposition gemäß 4d und zum Lösen des Aktuatorstifts 9 aus der Halteposition in die hier dargestellte Arbeitsposition dient eine ansteuerbare Halte- und Lösevorrichtung, die neben einer ansteuerbaren Betätigungsvorrichtung 15 folgende Bauteile bzw. Konstruktionselemente umfasst: ein erstes und ein zweites Druckstück 16 bzw. 17 mit darin quer zur Verfahrrichtung des Aktuatorstifts 9 verschieblich gelagerten ersten und zweiten Rastelementen 18 bzw. 19, eine gehäusefeste erste und zweite Stützfläche 20 bzw. 21 und eine aktuatorstiftfeste erste und zweite Stützfläche 22 bzw. 23. Die hier als hohlzylindrische Schiebehülsen ausgebildeten und in einem Ringraum zwischen der Stufenbohrung 14 und dem Aktuatorstift 9 angeordneten Druckstücke 16, 17 sind relativ zum Gehäuse 13 und relativ zum Aktuatorstift 9 in dessen Verfahrrichtung verlagerbar. Zwischen einander zugewandten Stirnseiten 24 und 25 der Schiebehülsen 16 bzw. 17 ist ein Federmittel 26 in Form einer Schraubendruckfeder eingespannt. Als Rastelemente 18, 19 sind je Schiebehülse 16 bzw. 17 vier Kugeln vorgesehen, die in gleichmäßig, d. h. mit einem Winkelversatz von 90° über den Umfang der Schiebehülsen 16, 17 verteilten Querbohrungen 27 gelagert sind. Die gehäusefesten Stützflächen 20, 21 sind als einander zugewandte und sich zueinander aufweitende kreiskegelstumpfförmige Absätze von Umlaufnuten 28 bzw. 29 ausgebildet, die in die Stufenbohrung 14 eingearbeitet sind. Die ebenfalls kreiskegelstumpfförmigen und einander zugewandten aktuatorstiftfesten Stützflächen 22, 23 verjüngen sich zueinander und stellen Übergangsbereiche zwischen einem durchmesserreduzierten Abschnitt 30 und zu diesem benachbart verlaufenden zylindrischen Abschnitten 31 und 32 des Aktuatorstifts 9 dar.
Ausgehend von dem in 1 dargestellten Zustand der Stellvorrichtung 1 mit dem in seiner Arbeitsposition ausgefahrenen Aktuatorstift 9 wird im Folgenden die Funktion der Halte- und Lösevorrichtung sowie das Zusammenspiel der Verstellvorrichtung 1 mit der Verschiebenut 8 erläutert und anhand der 4a bis 4d illustriert. In der Arbeitsposition des Aktuatorstifts 9 gemäß der mit 1 identischen 4a ist die von der Schraubendruckfeder 26 kraftbeaufschlagte Schiebehülse 16 in Einfahrrichtung des Aktuatorstifts 9 arretiert, indem die ersten Rastelemente 18 an der gehäusefesten ersten Stützfläche 20 sowohl in Verfahrrichtung als auch quer zur Verfahrrichtung des Aktuatorstifts 9 einerseits, andererseits jedoch lediglich an dem Abschnitt 31 des Aktuatorstifts 9 quer zu dessen Verfahrrichtung abgestützt sind. Demgegenüber stützen sich die zweiten Rastelemente 19 der momentan nicht arretierten Schiebehülse 17 an der Stufenbohrung 14 lediglich quer zur Verfahrrichtung des Aktuatorstifts 9 ab, während sie die aktuatorstiftfeste zweite Stützfläche 23 mit der Kraft der Schraubendruckfeder 26 beaufschlagen. Von Reibungseinflüssen abgesehen bedeutet dies, dass der Aktuatorstift 9 durch die Kraft der Schraubendruckfeder 26 in der Arbeitsposition gehalten wird, wobei sich das erste Ende 10 des Aktuatorstifts 9 entweder auf dem Nutgrund der Verschiebenut 8 oder an einem hier nicht dargestellten Axialanschlag der Stellvorrichtung 1 abstützt.
In 4b befindet sich der Aktuatorstift 9 in einer in Einfahrrichtung zurück verlagerten Position, die dem Einfahrhub der – nunmehr verdrehten – Verschiebenut 8 am Ende ihres Auslaufbereichs 11 entspricht. In dieser Position ist die Schiebehülse 17 in Ausfahrrichtung des Aktuatorstifts 9 arretiert, indem die zweiten Rastelemente 19 radial auswärtig verlagert und an der gehäusefesten zweiten Stützfläche 21 sowohl in Verfahrrichtung als auch quer zur Verfahrrichtung des Aktuatorstifts 9 einerseits, andererseits jedoch am Abschnitt 32 des Aktuatorstifts 9 lediglich quer zu dessen Verfahrrichtung abgestützt sind. Demgegenüber stützen sich die ersten Rastelemente 18 nach radial einwärtiger Verlagerung sowohl an der gehäusefesten ersten Stützfläche 20 als auch an der aktuatorstiftfesten ersten Stützfläche 22 in Einfahrrichtung des Aktuatorstifts 9 ab. Folglich wird dieser durch die Kraft der nun weiter gespannten Schraubendruckfeder 26 und unabhängig vom Einfluss der Verschiebenut 8 weiter in Einfahrrichtung verlagert, wie es in 4c in einer Zwischenposition und in 4d in einer Endposition innerhalb des eingangs erläuterten Resthubs dargestellt ist. Dieser Endzustand mit vollständig in seiner Halteposition eingefahrenem Aktuatorstift 9 ist dann erreicht, wenn eine Ringstirnfläche 33 des im Durchmesser gestuft ausgebildeten Aktuatorstifts 9 an einer Axialschulter 34 der Stufenbohrung 14 anschlägt.
Die Neigungen der gehäusefesten ersten Stützfläche 20 und der aktuatorstiftfesten ersten Stützfläche 22 sind in diesem Ausführungsbeispiel so gewählt, dass sich die Schraubendruckfeder 26 etwa mit 75% ihrer Kraft am Gehäuse 13 und mit etwa 25% am Aktuatorstift 9 in Einfahrrichtung abstützt. Aufgrund dieser Kraftaufteilung kann die nachfolgend erläuterte Betätigungsvorrichtung 15 besonders kleinbauend ausgeführt werden, da die von der Betätigungsvorrichtung 15 aufzubringende Lösekraft zum Lösen des Aktuatorstifts 9 aus der Halteposition – von Reibungseinflüssen abgesehen – ebenfalls nur etwa 25% der Kraft der Schraubendruckfeder 26 betragen muss. Die anhand 1 erläuterte Betätigungsvorrichtung 15 ist hier als stark vereinfacht dargestellter Elektrohubmagnet 35 mit einem Magnetgehäuse 36 und einem den Aktuatorstift 9 an seinem zweiten Ende 37 betätigenden Anker 38 ausgebildet. Zum Lösen des Aktuatorstifts 9 aus der Halteposition wird der Elektrohubmagnet 35 bestromt und der als einteiliges Bauteil mit dem Aktuatorstift 9 ausgeführte Anker 38 in Ausfahrrichtung verlagert. Der Aktuatorstift 9 ist aus seiner Halteposition vollständig gelöst, wenn er über die Stellung gemäß 4b geringfügig hinaus ausgefahren ist, so dass sich die in Ausfahrrichtung wirksame Arretierung der Schiebehülse 17 löst und der Aktuatorstift 9 durch die Kraft der Schraubendruckfeder 26 in Ausfahrrichtung verlagert wird, bis die Arbeitsposition gemäß 4a erreicht ist.
Abschließend sei noch darauf hingewiesen, dass es zweckmäßig sein kann, die Stirnflächen 24, 25 der Schiebehülsen 16 bzw. 17 mit guten Gleiteigenschaften oder alternativ mit einer hier nicht dargestellten Gleitscheibe als Federauflage zu versehen, um die Schraubendruckfeder 26 rotativ möglichst weitgehend von den Schiebehülsen 16, 17 zu entkoppeln. Durch diese Maßnahme soll verhindert werden, dass eine durch das Zusammenwirken des Aktuatorstifts 9 mit der Verschiebenut 8 erzeugte und über den Aktuatorstift 9 in die Stellvorrichtung 1 eingeleitete Rotation über die Rastelemente 18, 19 und die Schiebehülsen 16, 17 auf die Schraubendruckfeder 26 übertragen wird und diese unzulässig verdrillt.

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 der Verschiebenut
12: Zylinderflächenabschnitt
13: Gehäuse
14: Stufenbohrung
15: Betätigungsvorrichtung
16: erstes Druckstück
17: zweites Druckstück
18: erstes Rastelement
19: zweites Rastelement
20: gehäusefeste erste Stützfläche
21: gehäusefeste zweite Stützfläche
22: aktuatorstiftfeste erste Stützfläche
23: aktuatorstiftfeste zweite Stützfläche
24: Stirnseite der Schiebehülse/des ersten Druckstücks
25: Stirnseite der Schiebehülse/des zweiten Druckstücks
26: Federmittel/Schraubendruckfeder
27: Querbohrung
28: Umlaufnut
29: Umlaufnut
30: durchmesserreduzierter Abschnitt des Aktuatorstifts
31: Abschnitt des Aktuatorstifts
32: Abschnitt des Aktuatorstifts
33: Ringstirnfläche des Aktuatorstifts
34: Axialschulter der Stufenbohrung
35: Elektrohubmagnet
36: Magnetgehäuse
37: zweites Ende des Aktuatorstifts
38: Anker

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 (26) 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 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: – ein erstes Druckstück (16) und ein zweites Druckstück (17), wobei das Federmittel (26) zwischen einander zugewandten Stirnseiten (24, 25) der Druckstücke (16, 17) eingespannt ist und wobei die Druckstücke (16, 17) relativ zum Gehäuse (13) und relativ zum Aktuatorstift (9) in Verfahrrichtung des Aktuatorstifts (9) verlagerbar sind; – eine gehäusefeste erste Stützfläche (20) und eine gehäusefeste zweite Stützfläche (21); – eine aktuatorstiftfeste erste Stützfläche (22) und eine aktuatorstiftfeste zweite Stützfläche (23); – zumindest ein im ersten Druckstück (16) quer zur Verfahrrichtung des Aktuatorstifts (9) verschieblich gelagertes erstes Rastelement (18) und zumindest ein im zweiten Druckstück (17) quer zur Verfahrrichtung des Aktuatorstifts (9) verschieblich gelagertes zweites Rastelement (19) sowie – zum Lösen des Aktuatorstifts (9) aus der Halteposition, eine ansteuerbare und den Aktuatorstift (9) in dessen Ausfahrrichtung verlagernde Betätigungsvorrichtung (15), wobei in der Halteposition des Aktuatorstifts (9) das erste Rastelement (18) die aktuatorstiftfeste erste Stützfläche (22) in Einfahrrichtung des Aktuatorstifts (9) kraftbeaufschlagt, während das zweite Rastelement (19) an der gehäusefesten zweiten Stützfläche (21) abgestützt ist und das zweite Druckstück (17) in Ausfahrrichtung des Aktuatorstifts (9) arretiert, und wobei in der Arbeitsposition des Aktuatorstifts (9) das zweite Rastelement (19) die aktuatorstiftfeste zweite Stützfläche (23) in Ausfahrrichtung des Aktuatorstifts (9) kraftbeaufschlagt, während das erste Rastelement (18) an der gehäusefesten ersten Stützfläche (20) abgestützt ist und das erste Druckstück (16) in Einfahrrichtung des Aktuatorstifts (9) arretiert.
Stellvorrichtung (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Maschinenteil als auf einer Trägerwelle (3) drehfest und längsverschiebbar angeordnetes Nockenstück (4) eines hubvariablen Ventiltriebs (2) einer Brennkraftmaschine ausgebildet ist.
Stellvorrichtung (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Federmittel (26) als Schraubendruckfeder ausgebildet ist.
Stellvorrichtung (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (13) eine den Aktuatorstift (9) lagernde Stufenbohrung (14) mit einer Axialschulter (34) aufweist, welche Axialschulter (34) als Endanschlag für eine Ringstirnfläche (33) des im Durchmesser gestuft ausgebildeten Aktuatorstifts (9) in dessen Halteposition dient.
Stellvorrichtung (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Druckstück (16) und das zweite Druckstück (17) jeweils als hohlzylindrische Schiebehülse mit einer das erste Rastelement (18) bzw. das zweite Rastelement (19) lagernden Querbohrung (27) ausgebildet sind.
Stellvorrichtung (1) nach Anspruch 5, dass in den Schiebehülsen (16, 17) jeweils gleichmäßig über deren Umfang verteilte Rastelemente (18, 19) gelagert sind.
Stellvorrichtung (1) nach Anspruch 1, dass das erste Rastelement (18) und das zweite Rastelement (19) jeweils als Kugel ausgebildet sind.
Stellvorrichtung (1) nach den Ansprüchen 6 und 7, dass in den Schiebehülsen (16, 17) jeweils drei Kugeln gelagert sind.
Stellvorrichtung (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die gehäusefeste erste Stützfläche (20), die gehäusefeste zweite Stützfläche (21), die aktuatorstiftfeste erste Stützfläche (22) und die aktuatorstiftfeste zweite Stützfläche (23) kreiskegelstumpfförmig ausgebildet sind.
Stellvorrichtung (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Betätigungsvorrichtung (15) als Elektrohubmagnet (35) mit einem den Aktuatorstift (9) an seinem zweiten Ende (37) betätigenden Anker (38) ausgebildet ist.
Stellvorrichtung (1) nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Aktuatorstift (9) und der Anker (38) als einteiliges Bauteil ausgebildet sind.