Electromagnetic valve drive for internal combustion engine gas replacement valve has shaft notches engaged by conventional conical parts, deformable ring that produces restoring force

Die Erfindung betrifft einen elektromagnetischen Ventiltrieb für ein Gaswechselventil einer Brennkraftmaschine mit einem stabförmigen, einen Magnetanker tragenden Aktuator, der mit dem freien Ende des Ventilschaftes kraftübertragend verbunden ist.
Nockenwellenlose Ventilantriebe zur Steuerung der Bewegungen von Gaswechselventilen in Brennkraftmaschinen sind allgemein bekannt. Die Steuerung eines Ventils übernehmen zwei sich axial gegenüberliegende Elektromagneten, von welchen einer für den Öffnungsvorgang und der diesem gegenüberliegende für den Schließvorgang vorgesehen ist. Zu diesem Zweck ist ein axial zwischen den beiden Magneten beweglicher Anker vorgesehen, der an einer Ventilstange befestigt ist und durch wechselnde Magnetkräfte das Ventil öffnet und schließt. Zusätzlich können die wechselnden Kräfte der Magneten durch die Kräfte von Ventilfedern, jeweils eine zum Schließen und Öffnen, unterstützt werden.
Für die kraftübertragende Verbindung zwischen dem Ventilschaft und dem Magnetanker sind verschiedene Lösungen entwickelt worden, wie beispielsweise die DE-33 11 250 C2, die DE-35 00 530 C2 oder die DE-43 36 287 C1 zeigen. Alle

vorgenannten Lösungen zeigen die Verwendung von Ventilkegelstücken, die in konischen Bohrungen von Ventilfedertellern liegen und mit einwärts weisenden, wulstförmigen Ringen in Einstiche am Ventilschaft oder am Aktuator greifen. Voraussetzung ist also die Verwendung von Ventilfedern, die sich auf den Ventilfedertellern abstützen und eine spielfreie Anordnung der Ventilkegelstücke in den Ventilfedertellern bewirken. Um zu vermeiden, daß der Öffnungsmagnet nicht gegen die volle Schließkraft der Schließfeder arbeiten muß, wird allgemein eine der Schließfeder entgegenwirkende Öffnerfeder vorgesehen. Voraussetzung für ein einwandfreies Funktionieren eines solchen Antriebssystems ist die genaue Einstellung des Ankers in der geometrischen Mittellage zwischen den Magneten. Das kann mit Hilfe einer Federfußpunktverstellung für den Anker erreicht werden, was einen nicht unerheblichen konstruktiven Aufwand erfordert.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen einleitend beschriebenen elektromagnetischen Ventiltrieb zu schaffen, bei dem die Verbindung zwischen dem den Magnetanker tragenden Aktuator und dem Ventilschaft über Ventilkegelstücke das Vorhandensein von Ventilfedern nicht voraussetzt. Dabei soll das Ventil die Bedingung der notwendigen Drehung erfüllen können. Gleichzeitig soll die Einstellung des Ankers in die geometrische Mittellage zwischen den Elektromagneten in einfacher Weise gewährleistet sein. Die Erfindung löst die Aufgabe durch folgende Merkmale:


a) die Enden der Ventil- und Aktuatorschäfte sind mit rillenförmigen Einstichen versehen, in welche konventionelle Ventilkegelstücke fassen,
b) die Ventilkegelstücke werden von Hülsen mit Innenkonen umfaßt,
c) die Hülsen greifen mit Schraubeinsätzen ineinander und sind zur Erzeugung von auf die Ventilkegelstücke wirkenden Radialkräften durch das Ineinanderschrauben axial bewegbar,
d) zwischen den Ventilkegelstücken ist ein Distanzring aus einem deformierbaren, Rückstellkräfte erzeugenden Material angeordnet.






Mit der erfindungsgemäßen Lösung wird die Forderung erfüllt, den zylindrischen Schaft eines Aktuators in einem nockenwellenlosen Ventilantrieb mit dem ebenfalls zylindrischen Schaft eines Ventils eines Verbrennungsmotors kraftübertragend zu verbinden. Es wird die weitere Forderung erfüllt, keine Ventilfedern zu verwenden. Die notwendige Drehung des Ventils während seiner Bewegungen wird nicht behindert. Durch die Anordnung eines Distanzringes mit axialer Rückstellwirkung zwischen den Ventilkegelstücken wird eine weitestgehende Spielfreiheit aller Verbindungskomponenten erreicht.
Vorzugsweise besteht der Distanzring aus Kupfer, er kann jedoch auch aus einem elastomeren Material, beispielsweise aus einem gegen Öl oder Kraftstoff unempfindlichen Gummi, hergestellt sein.
In weiterer vorteilhafter Gestaltung der Erfindung wird vorgeschlagen, daß der Schaft des Ventils mit mehreren Rilleneinstichen versehen wird, in welche Mehrrillenventilkegelstücke fassen, wobei zwischen dem Ventilschaft und den Kegelstücken das notwendige Spiel zur Drehfreiheit des Ventils vorgesehen wird. Demgegenüber wird der Aktuatorschaft mit einem Einrilleneinstich zur Aufnahme eines selbstklemmenden Ventilkegelstücks versehen. Dadurch wird das Spiel zwischen den Verbindungskomponenten des Systems verringert. Durch einen Magnetanker mit kreisförmiger Kontur und der Anordnung eines einrilligen, klemmenden Kegelstücks am Ventilschacht kann eine Drehung des Magnetankers während des Betriebs zusammen mit dem Ventil erreicht werden. Aus Gewichtsgründen können die Hülsen aus Aluminium gefertigt sein. Um ein selbständiges Lockern der Schraubverbindung zu vermeiden, kann ein Sicherungsmittel in die Gewindegänge gebracht werden.
In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung schematisch dargestellt und nachstehend erläutert.
Bei dem gezeigten Beispiel befindet sich an dem zylindrischen Schaft 1 eines nicht dargestellten Magenetankers ein einrilliger Einstich 2 . Der zum Ankerschaft koaxiale Ventilschaft 3 ist dagegen an seinem Ende mit einem mehrrilligen Einstich 4 versehen. In den Einstich 2 des Ankerschafts oder Aktuators greift ein

konventionelles klemmendes Ventilkegelstück 5 . Der Einstich 4 am Ventilschaftende trägt ein ebenfalls konventionelles, nicht klemmendes Mehrrillenventilkegelstück 6 . Die Ventilkegelstücke werden von hülsenförmigen Bauteilen 7 und 8 umfaßt. Die Hülsen weisen Innenkonen 9 und 10 auf, deren Kegelwinkel denen der Mantelflächen der Kegelstücke angepaßt sind.
Über Schraubansätze 11 und 12 sind die Hülsen 7 und 8 miteinander verschraubbar. An den Hülsen sind Schlüsselweiten angebracht, mit welchen das Ineinanderschrauben der Hülsen erleichtert wird. Ein selbständiges Lockern der Schraubverbindung kann durch ein in das Gewinde eingebrachtes Sicherungsmittel verhindert werden.
Der Freiraum zwischen den Kegelstücken 5 und 6 wird durch ein deformierbares Konstruktionselement in Form eines Distanzringes 13 ausgefüllt. Der Ring kann aus Kupfer, aber aus Elastizitätsgründen auch aus Öl- und kraftstofffestem Gummimaterial oder einem anderen elastomeren Stoff gefertigt sein.
Der deformierbare Distanzring bewirkt, daß die Kegelstücke und damit die Schäfte 1 und 3 bei axialen Bewegungen in ihren Positionen gehalten werden. Gleichzeitig kann über die Vorspannung dieses Konstruktionselementes die Nulllage des Ankers bestimmt werden.
Bei der Montage wird zunächst das Ventil in den nicht dargestellten Zylinderkopf gesteckt und durch die auf seinen Schaft 3 wirkende Radialkraft der Ventilschaftabdichtung oder ein geeignetes Montagewerkzeug in Position gehalten. Anschließend werden über das Schaftende die Hülse 8 geschoben und die Kegelstücke 6 am Ventilschaftende montiert. Sodann wird die Hülse 8 an den Kegelstücken 6 zur Anlage gebracht und durch Einlegen des als Distanzring 13 ausgebildeten Konstruktionselements fixiert.
Auf den Schaft des zwischen den nicht dargestellten Elektromagneten montierten Aktuators 1 wird zunächst die Hülse 7 geschoben. Dann können in dem Einstich 2 die Kegelstücke 5 positioniert und durch die Hülse 7 in ihrer Lage gehalten werden. Nach dem Aufsetzen des Aktuators auf den Zylinderkopf liegen die Hülsen koaxial zueinander und können durch eine geeignete Montageöffnung im Zylinderkopf

miteinander verschraubt werden. Ein Sicherungsmittel gegen unbeabsichtigtes Lösen ist vorher auf das Gewinde einer der Hülsen zu bringen.
Die beiden Hülsen sind abschließend so lange gegeneinander zu schrauben bis eine Spielfreiheit zwischen den Ventilkegelstücken erreicht ist. Dann ist die Vorspannung zu steigern bis der Anker seine vorgeschriebene Position erreicht hat. Hierdurch wird gleichzeitig das herstellungstechnisch bedingte Spiel zwischen den Flanken der Gewindegänge aufgehoben.