DE102012204322A1

DE102012204322A1 - Bi-directional electromagnetic positioning device for selecting shifting path in transmission of drivetrain of e.g. passenger car, has helical spring arranged at actuator such that holding force of spring restrains actuator in positions

Info

Publication number: DE102012204322A1
Application number: DE201210204322
Authority: DE
Inventors: Florian Weinl; Michael Linder
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 2012-03-19
Filing date: 2012-03-19
Publication date: 2013-09-19
Anticipated expiration: 2032-03-20
Also published as: DE102012204322B4

Abstract

The device (1) has two anchoring parts (16, 17) spaced from each other by an anchoring gap (18). A hollow cylindrical yoke (19) is fixed in a region of the gap. An actuator (3) is movable between two stable end positions and convertible from one of the positions into the other position by application of current in a coil (5). One of the anchoring parts comprises a smaller axial overlap (21) with the yoke than the other anchoring part in the positions. A bi-stable helical spring (28) is arranged at the actuator such that holding force of the spring restrains the actuator in the positions. The actuator is designed as a multi-position actuator.

Description

Die Erfindung betrifft eine elektromagnetische Stellvorrichtung mit einer eine Mittenlängsachse aufweisenden und einen Spuleninnenraum umgebenden elektrischen Spule sowie mit einem längs der Mittenlängsachse und zumindest teilweise in dem Spuleninnenraum angeordneten Stellglied. The invention relates to an electromagnetic actuator having a central longitudinal axis and a coil inner space surrounding electrical coil and with a along the central longitudinal axis and at least partially disposed in the coil interior actuator.

Bei einer derartigen elektromagnetischen Stellvorrichtung kann es sich um einen Aktor handeln. Andere in der Regelungstechnik übliche Bezeichnungen für einen Aktor sind Aktuator, Stellmotor und/oder Hubmagnet. Ein solches Bauteil dient zum Beispiel zum Antrieb oder zum Verstellen von Ventilen oder Klappen zur Durchflussregelung von gasförmigen oder flüssigen Medien. Ein mögliches Einsatzfeld ist hierbei die Kfz-Technik. Such an electromagnetic actuator may be an actuator. Other common in control technology designations for an actuator are actuator, servo motor and / or solenoid. Such a component is used for example for driving or adjusting valves or valves for flow control of gaseous or liquid media. A possible field of application here is the motor vehicle technology.

In der DE 10 2008 000 534 A1 wird eine bidirektionale elektromagnetische Stellvorrichtung beschrieben. Diese Vorrichtung enthält zwei getrennte Spulen sowie einen zusätzlichen Permanentmagneten, der an dem längsbeweglichen Stellglied angebracht ist und in einem Zwischenraum zwischen den beiden Spulen hin und her bewegt werden kann. Die Stellvorrichtung hat aufgrund des Zusammenwirkens der beiden elektrischen Spulen mit dem Permanentmagneten insgesamt drei stabile Positionen. Sie ist also tristabil. Allerdings bedingt die bidirektionale und tristabile Funktionalität einen relativ aufwendigen Aufbau dieser Stellvorrichtung. So ist eine aufeinander abgestimmte Ansteuerung der beiden Spulen erforderlich. Außerdem ist es oftmals erforderlich, Permanentmagnete aufgrund ihres spröden Materialverhaltens und der damit einhergehenden Stoßempfindlichkeit zu kapseln, insbesondere, wenn der Permanentmagnet, wie bei der Stellvorrichtung gemäß der DE 10 2008 000 534 A1 vorgesehen, bewegt wird und an anderen Komponenten anstößt. Eine Kapselung des Permanentmagneten ist mit zum Teil erheblichem Aufwand verbunden. Außerdem sind auch die Permanentmagnete an sch aufgrund der steigenden Preise für die magnetischen Ausgangsmaterialien mit durchaus beträchtlichen Herstellungskosten verbunden. In the DE 10 2008 000 534 A1 a bidirectional electromagnetic actuator will be described. This device includes two separate coils and an additional permanent magnet which is mounted on the longitudinally movable actuator and can be moved back and forth in a space between the two coils. The actuator has a total of three stable positions due to the interaction of the two electric coils with the permanent magnet. She is so tristable. However, the bidirectional and tristable functionality requires a relatively complex structure of this actuator. So a coordinated control of the two coils is required. In addition, it is often necessary to encapsulate permanent magnets due to their brittle material behavior and the associated shock sensitivity, especially when the permanent magnet, as in the adjusting device according to the DE 10 2008 000 534 A1 provided, is moved and abuts other components. An encapsulation of the permanent magnet is associated with sometimes considerable effort. In addition, the permanent magnets are connected to sch due to the rising prices for the magnetic starting materials with quite considerable production costs.

Die Aufgabe der Erfindung besteht deshalb darin, eine Stellvorrichtung der eingangs bezeichneten Art anzugeben, die bidirektional wirkt und sich einfach realisieren lässt. The object of the invention is therefore to provide an adjusting device of the type described, which acts bidirectionally and can be easily implemented.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird eine elektromagnetische Stellvorrichtung entsprechend den Merkmalen des Patentanspruchs 1 angegeben. Bei dieser Stellvorrichtung handelt es sich um eine solche, bei der das Stellglied eine Stellstange und einen an der Stellstange angebrachten geteilten, insbesondere zweigeteilten, Anker mit einem ersten und einem zweiten Ankerteil umfasst, wobei die beiden Ankerteile axial durch eine Ankerlücke voneinander beabstandet sind, im Bereich der Ankerlücke ein hohlzylindrisches den Anker umgebendes Joch ortsfest und insbesondere konzentrisch zur Mittenlängsachse im Spuleninnenraum angeordnet ist, das Stellglied längs zwischen einer ersten und einer zweiten stabilen axialen Endposition hin und her beweglich und mittels, insbesondere sukzessiver und vorzugsweise pulsförmiger, Strombeaufschlagung der Spule von der ersten Endposition in die zweite Endposition und umgekehrt überführbar ist, wobei in jeder Endposition eines der beiden Ankerteile eine kleinere axiale Überlappung mit dem Joch aufweist als das andere der beiden Ankerteile. An dem Stellglied ist mindestens ein bistabiles Halteelement so ausgeführt, dass eine Haltekraft des Halteelements das Stellglied in jeder der beiden Endpositionen zurückhält, insbesondere solange die Spule stromfrei ist. Dabei fluchten die beiden Ankerteile bevorzugt zueinander in axialer Richtung. To solve this problem, an electromagnetic actuator according to the features of claim 1 is given. This adjusting device is one in which the actuator comprises an actuating rod and a split, in particular two-part, armature attached to the actuating rod with a first and a second anchor member, wherein the two anchor members are axially spaced by an armature gap, in In the region of the armature gap, a hollow cylindrical yoke surrounding the armature is arranged stationary and in particular concentric to the central longitudinal axis in the coil interior, the actuator longitudinally between a first and a second stable axial end position back and forth and by means of, in particular successive and preferably pulsed, current loading of the coil of the the first end position in the second end position and vice versa, wherein in each end position of the two anchor parts has a smaller axial overlap with the yoke than the other of the two anchor parts. At least one bistable holding element is designed on the actuator so that a holding force of the holding element retains the actuator in each of the two end positions, in particular as long as the coil is current-free. In this case, the two anchor parts are preferably aligned with each other in the axial direction.

Das Stellglied der erfindungsgemäßen Stellvorrichtung wirkt in beide axialen Richtungen, wobei „axial“ hier eine Orientierung längs oder in Richtung der Mittenlängsachse bedeutet. Dementsprechend bedeutet „radial“ eine zur Mittenlängsachse senkrechte Orientierung und „tangential“ eine Orientierung in Umfangsrichtung bezogen auf die Mittenlängsachse. Das Stellglied kann aufgrund seiner Längsbeweglichkeit auch Stellvorgänge in beide axialen Richtungen, also bidirektional, durchführen. Vorteilhafterweise ist für diese bidirektionale Funktionalität insbesondere nur eine einzige elektrische Spule erforderlich. Die Richtungsumkehr wird durch das Zusammenwirken des im Spuleninnenraum angeordneten hochzylindrischen Jochs mit dem zweigeteilten Anker im Bereich der Ankerlücke erreicht. The actuator of the adjusting device according to the invention acts in both axial directions, wherein "axially" here means an orientation along or in the direction of the central longitudinal axis. Accordingly, "radially" means a direction perpendicular to the central longitudinal axis orientation and "tangential" an orientation in the circumferential direction with respect to the central longitudinal axis. Due to its longitudinal mobility, the actuator can also perform adjusting operations in both axial directions, that is, bidirectionally. Advantageously, in particular only a single electric coil is required for this bidirectional functionality. The reversal of direction is achieved by the interaction of the highly cylindrical yoke arranged in the coil interior with the two-part armature in the region of the armature gap.

Zur Sicherung des Stellglieds in den beiden axialen Endpositionen kann als Halteelement eine kostengünstige Feder vorgesehen, die so mit dem Stellglied wechselwirkt, dass eine Rückhalte- oder Arretierungsfunktion in jeder der beiden Endpositionen des Stellglieds gegeben ist. Die Feder bildet somit ein bistabiles Halteelement. Die Feder ist folglich so an dem Stellglied angebracht, dass deren Federkraft das Stellglied in jeder der beiden Endpositionen zurückhält. To secure the actuator in the two axial end positions can be provided as a holding element, a cost-effective spring which interacts with the actuator so that a retaining or locking function is given in each of the two end positions of the actuator. The spring thus forms a bistable retaining element. The spring is thus attached to the actuator so that its spring force retains the actuator in each of the two end positions.

Die Feder ist insbesondere als Schnappfeder ausgeführt. Eine Schnappfeder ist bistabil und verfügt demnach über zwei stabile Zustände. Eine Schnappfeder verformt sich bei äußerer Krafteinwirkung ausgehend von dem ersten stabilen Zustand unter Aufbringung einer gegen die Verformung bzw. äußere Krafteinwirkung gerichteten Federkraft bis hin zu einem Umschlagpunkt. Ab diesem Umschlagpunkt kehrt sich die Wirkungsrichtung der Federkraft schlagartig um und wirkt damit in die gleiche Richtung, wie die äußere Krafteinwirkung, bis der zweite stabile Zustand erreicht ist. Derartige Schnappfedern werden beispielsweise in elektrischen Sprung- oder Schnappschaltern eingesetzt. Eine Schnappfeder ist bevorzugt so an der Stellvorrichtung angeordnet, dass der Umschlagpunkt erreicht ist, wenn sich das Stellglied im Bereich einer Mittenposition zwischen der ersten und zweiten stabilen Endposition befindet. The spring is designed in particular as a snap spring. A snap spring is bistable and therefore has two stable states. A snap spring deforms in external force from the first stable state applying a directed against the deformation or external force spring force up to a turning point. From this turning point, the direction of action of the spring force reverses abruptly and thus acts in the same direction as the external force, until the second stable state is reached. Such snap springs are used for example in electrical jump or snap-action switches. A snap spring is preferably arranged on the adjusting device, that the turning point is reached when the actuator is in the region of a center position between the first and second stable end position.

Statt als Feder kann das Halteelement jedoch beliebig anders geeignet ausgeführt sein, um das Stellglied in jeder der beiden Endpositionen zurückzuhalten. Das Haltelement kann daher insbesondere als Arretierung ausgeführt sein, welche das Stellglied in den Endpositionen solange arretiert, bis die durch die Strombeaufschlagung der Spule ausgeübte Stellkraft auf das Stellglied die von der Arretierung ausgeübte Haltekraft übersteigt. Derartige Arretierungen können über zumindest einen Körper (beispielsweise eine Kugel, Rolle oder einen Stift) verfügen, der federbelastet in eine Nut eingreift und hierdurch eine von der Federbelastung abhängige Haltekraft auf das Stellglied erzeugt. Eine solche Arretierung ist dem Fachmann auch als Kugelarretierung bekannt, wobei in diesem Fall als Körper eine Kugel genutzt wird. Statt einer Kugel kann auch jede andere geeignete Form des Körpers genutzt werden, beispielsweise eine Rolle oder ein Stift. Derartige Arretierungen sind einfach und kostengünstig. Die Arretierung kann auch mit der obig genannten Feder in Kombination eingesetzt werden. However, instead of a spring, the retaining element may be designed as otherwise suitable to retain the actuator in each of the two end positions. The holding element can therefore be designed in particular as a lock, which locks the actuator in the end positions until the force exerted by the current applied to the coil actuating force on the actuator exceeds the holding force exerted by the locking. Such detents can have at least one body (for example a ball, roller or a pin) which engages in a groove in a spring-loaded manner and thereby generates a holding force dependent on the spring load on the actuator. Such a lock is known in the art as ball lock, in which case a ball is used as the body. Instead of a ball, any other suitable form of the body can be used, for example a roller or a pin. Such detents are simple and inexpensive. The lock can also be used in combination with the spring mentioned above.

Das Stellglied erreicht bei Verwendung einer Arretierung als Haltelement die jeweils andere Endposition bevorzugt dadurch, dass die Bestromung der Spule nach Überwindung der Haltekraft der Arretierung und während der Stellbewegung des Stellglieds in Richtung der jeweils anderen Endposition zurückgenommen wird. Hierdurch gelangt das Stellglied in die jeweils andere Endposition durch den während der anfänglichen Stellbewegung gesammelten Schwung (träge Masse des Stellglieds). The actuator reaches when using a lock as a holding element, the respective other end position preferably characterized in that the energization of the coil is withdrawn after overcoming the holding force of the locking and during the adjusting movement of the actuator in the direction of the other end position. As a result, the actuator reaches the other end position by the momentum collected during the initial setting movement (inert mass of the actuator).

Insgesamt lässt sich die erfindungsgemäße Stellvorrichtung trotz der bidirektionalen und zumindest bistabilen Funktionalität mit vergleichsweise geringem Aufwand realisieren. Verglichen mit den bisher bekannten Lösungen wird nur eine einzige Spule benötigt, wodurch sich auch die Ansteuerung derselben vereinfacht. Außerdem kann anstelle des kostenträchtigen Permanentmagneten eine erheblich günstigere Feder oder Arretierung als Halteelement zur Sicherung der beiden Endpositionen zum Einsatz. Overall, the adjusting device according to the invention despite the bidirectional and at least bistable functionality can be realized with relatively little effort. Compared with the previously known solutions only a single coil is needed, which also simplifies the control of the same. In addition, instead of the costly permanent magnet a much cheaper spring or locking as a holding element for securing the two end positions used.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Stellvorrichtung ergeben sich aus den Merkmalen der von Anspruch 1 abhängigen Ansprüche. Advantageous embodiments of the adjusting device will become apparent from the features of the dependent claims of claim 1.

Günstig ist eine Ausgestaltung, bei der das Joch eine größere axiale Ausdehnung hat als die Ankerlücke. Dadurch wird sichergestellt, dass die bereits angesprochene Richtungsumkehr erfolgt, wenn sich das Stellglied in den Endpositionen befindet. Favorable is an embodiment in which the yoke has a greater axial extent than the armature gap. This ensures that the direction reversal already mentioned occurs when the actuator is in the end positions.

Gemäß einer weiteren günstigen Ausgestaltung ist für jede der beiden Endpositionen jeweils ein Endanschlag vorgesehen. Das bei Erreichen der Endposition an einem der beiden Endanschläge anschlagende Ankerteil ist dann dasjenige mit der geringeren Jochüberlappung. Dann führt der sich bei einer erneuten Strombeaufschlagung der Spule im Anker und im Joch einstellende magnetische Fluss dazu, dass sich das Stellglied aus der gerade eingenommenen Endposition weg in Richtung der anderen Endposition bewegt. According to a further advantageous embodiment, an end stop is provided for each of the two end positions. The abutting on reaching the end position on one of the two end stops anchor part is then the one with the lower yoke overlap. Then, when a renewed current is applied to the coil in the armature and in the yoke, the magnetic flux causes the actuator to move away from the currently assumed end position in the direction of the other end position.

Gemäß einer weiteren günstigen Ausgestaltung ist mindestens ein weiteres hohlzylindrisches den Anker umgebendes Joch ortsfest im Spuleninnenraum angeordnet. Dadurch lassen sich weitere, ebenfalls insbesondere stabile Zwischenpositionen für das Stellglied realisieren. Die Stellvorrichtung ist dann ein Mehrstellungsaktuator. According to a further advantageous embodiment, at least one further hollow-cylindrical yoke surrounding the armature is arranged stationarily in the coil interior. As a result, further, also particularly stable intermediate positions for the actuator can be realized. The actuator is then a multi-position actuator.

Gemäß einer weiteren günstigen Ausgestaltung ist die Feder eine eine Federlängsachse aufweisende Schraubenfeder, die in einem zusammengedrückten, insbesondere überdrückten, Zustand eingespannt ist und mit senkrecht zur Mittenlängsachse orientierter Federlängsachse an dem Stellglied angebracht ist. Durch diese einfache Maßnahme, die Feder mechanisch einzuspannen und am Stellglied zu befestigen, wird die gewünschte bistabile Haltefunktion sehr gut erreicht. Die Schraubenfeder ist insbesondere dann am stärksten zusammengedrückt, wenn sich das Stellglied im Bereich der axialen Mitte zwischen den beiden axialen Endpositionen befindet. Demgegenüber liegt eine niedrigere Federspannung vor, wenn das Stellglied in einer der beiden Endpositionen ist. Die Entspannung der Feder erfolgt in Verbindung mit einer Auslenkung in Richtung der Mittenlängsachse, also senkrecht zur Federlängsachse. Hierbei kann die axiale Auslenkung vorteilhafterweise in beide Richtungen erfolgen. Eine Bewegung des Stellglieds aus den beiden Endpositionen heraus erfolgt stets gegen die Federkraft, sodass das Stellglied ohne Eingriff von außen, also insbesondere ohne eine Strombeaufschlagung der Spule, durch die Federkraft in der jeweiligen Endposition gehalten wird. According to a further advantageous embodiment, the spring is a spring longitudinal axis having a helical spring which is clamped in a compressed, in particular over-pressed, state and is mounted perpendicular to the central longitudinal axis oriented spring longitudinal axis on the actuator. By this simple measure, mechanically clamp the spring and fasten it to the actuator, the desired bistable holding function is achieved very well. The helical spring is most strongly compressed, in particular, when the actuator is in the region of the axial center between the two axial end positions. In contrast, there is a lower spring tension when the actuator is in one of the two end positions. The relaxation of the spring takes place in conjunction with a deflection in the direction of the central longitudinal axis, ie perpendicular to the spring longitudinal axis. In this case, the axial deflection can advantageously be carried out in both directions. A movement of the actuator out of the two end positions always takes place against the spring force, so that the actuator is held without intervention from the outside, ie in particular without a current applied to the coil, by the spring force in the respective end position.

Gemäß einer weiteren günstigen Ausgestaltung kehrt sich die Wirkungsrichtung der Federkraft bei einem Wechsel des Stellglieds von der einen in die andere Endposition um. Dadurch wird die Haltefunktion der Feder in beiden Endpositionen sichergestellt. Die Bistabilität der Stellvorrichtung lässt sich also vorteilhafterweise mit nur einem einzigen Federelement erreichen. According to a further advantageous embodiment, the direction of action of the spring force reverses when changing the actuator from one to the other end position. This ensures the holding function of the spring in both end positions. The bistability of the adjusting device can thus be advantageously achieved with only a single spring element.

Gemäß einer weiteren günstigen Ausgestaltung ist das Stellglied mittels einer Dauerstrombeaufschlagung der Spule in eine mittig zwischen den beiden Endpositionen liegende stabile axiale Mittenposition überführbar, wobei die beiden Ankerteile in der Mittenposition jeweils eine gleichgroße axiale Überlappung mit dem Joch aufweisen. In dieser Ausgestaltung ist die Stellvorrichtung tristabil, wobei die Haltefunktion in der Mittenposition nicht durch die Federkraft, sondern durch eine Magnetkraft der mit einem Dauerstrom beaufschlagten Spule bewirkt wird. Diese magnetische Haltewirkung stellt sich insbesondere dann ein, wenn sich die Ankerlücke im Wesentlichen mittig innerhalb des Jochs befindet und eine in etwa gleichgroße Überlappung des Jochs mit beiden Ankerteilen gegeben ist. Dann liegen auch in etwa gleichgroße magnetische Widerstände zwischen dem Joch einerseits und den beiden Ankerteilen andererseits vor, wodurch ein stabiler Zustand erreicht ist. According to a further advantageous embodiment, the actuator by means of a continuous current application of the coil in a centrally located between the two end positions stable axial center position can be transferred, wherein the two anchor parts each have an equal axial overlap with the yoke in the center position. In this embodiment, the adjusting device is tristable, wherein the holding function is effected in the center position not by the spring force, but by a magnetic force of the coil acted upon by a continuous current. This magnetic holding effect arises in particular when the armature gap is located substantially centrally within the yoke and an approximately equal overlap of the yoke is given with two anchor parts. Then there are also approximately equal magnetic resistances between the yoke on the one hand and the two anchor parts on the other hand, whereby a stable state is reached.

Gemäß einer weiteren günstigen Ausgestaltung ist die Feder eine eine Federlängsachse aufweisende Schraubenfeder, die in Richtung der Federlängsachse gesehen eine Federmitte hat und die außerhalb der Federmitte an dem Stellglied angebracht ist. Die außermittige Anbringung oder Befestigung der Feder am Stellglied ermöglicht insbesondere nach einem Betriebszustand, in dem das Stellglied durch eine Dauerstrombeaufschlagung der Spule in der Mittenposition gehalten worden ist, nach dem Ende des Stromflusses in der Spule einen selbsttätigen Übergang in eine der beiden Endpositionen. Dieser Übergang erfolgt bevorzugt ohne zusätzlichen Eingriff von außen, wenn die Feder asymmetrisch oder außermittig am Stellglied angebracht ist. According to a further advantageous embodiment, the spring is a spring longitudinal axis having a helical spring, which seen in the direction of the spring longitudinal axis has a spring center and which is mounted outside of the spring center on the actuator. The eccentric attachment or attachment of the spring to the actuator allows, in particular after an operating condition in which the actuator has been held in the center position by a continuous current application of the coil, after the end of the current flow in the coil an automatic transition to one of the two end positions. This transition is preferably carried out without additional external intervention when the spring is mounted asymmetrically or eccentrically on the actuator.

Gemäß einer weiteren günstigen Ausgestaltung ist die Spule in mindestens zwei räumlich voneinander getrennte, axial hintereinander angeordnete und elektrisch in Reihe geschaltete Teilspulen aufgeteilt. Weiterhin sind zwischen zwei benachbarten Teilspulen jeweils eine axiale Trennungszone sowie ein elektrischer Mittenabgriff vorgesehen, wobei über den Mittenabgriff ein zur Bestimmung einer axialen Position des Ankers vorgesehener Sensorstrom in eine Untermenge der Teilspulen einspeisbar ist. Dadurch, dass die Spule in zwei oder mehrere Teilspulen aufgeteilt ist, ergibt sich die Möglichkeit zur Erfassung der Position des Ankers und damit des Stellglieds. Für diese zusätzliche Funktionalität ist vorteilhafterweise kein zusätzliches Bauteil erforderlich. Die Positionserfassung erfolgt im Wesentlichen über eine geeignete Strombeaufschlagung der Teilspulen sowie über eine Erfassung und Auswertung der daraus resultierenden Potentialverläufe an den elektrischen Spulenanschlüssen. Trotz der mehrteiligen, vorzugsweise zwei- oder dreiteiligen, Ausgestaltung der Spule handelt es sich insbesondere immer noch um ein einziges Gesamtbauteil, dessen Teilspulen bevorzugt in einem einzigen Wicklungsvorgang hergestellt sind. Das Bauvolumen der Stellvorrichtung ist nach wie vor sehr kompakt. Es erhöht sich aufgrund der zusätzlich vorgesehenen Möglichkeit zur Positionserfassung nicht oder zumindest nicht wesentlich. According to a further advantageous embodiment, the coil is divided into at least two spatially separated, axially arranged one behind the other and electrically connected in series coil sections. Furthermore, an axial separation zone and an electrical center tap are respectively provided between two adjacent partial coils, wherein a sensor current provided for determining an axial position of the armature can be fed into a subset of the partial coils via the center tap. The fact that the coil is divided into two or more sub-coils, there is the possibility to detect the position of the armature and thus the actuator. For this additional functionality advantageously no additional component is required. The position detection takes place essentially via a suitable current application of the partial coils and via detection and evaluation of the resulting potential profiles at the electrical coil terminals. Despite the multi-part, preferably two- or three-part design of the coil, it is still in particular still a single overall component whose partial coils are preferably produced in a single winding process. The volume of the actuator is still very compact. It does not increase, or at least not significantly, due to the additionally provided possibility for position detection.

Gemäß einer weiteren günstigen Ausgestaltung liegt eine axiale Stirnfläche zumindest eines der beiden Ankerteile, wenn sich das Stellglied in einer der beiden Endpositionen befindet, innerhalb eines axialen Bereichs, der durch die axiale Trennungszone bestimmt ist. Damit lässt sich für die Positionserfassung des Stellglieds ein Messsignal mit einem besonders hohen und gut auswertbaren Informationsgehalt erzeugen. Die Positionsbestimmung kann dann sehr genau durchgeführt werden. Insbesondere kann die Spule in drei Teilspulen aufgeteilt sein, wobei die dann gebildeten beiden Trennungszonen vorzugsweise axial jeweils so platziert sind, dass die oben genannte Bedingung erfüllt ist. Die axiale Position jeder der beiden Trennungszonen stimmt mit der axialen Position einer axialen Stirnfläche eines der beiden Ankerteile überein, wenn sich das Stellglied in den beiden Endpositionen befindet. Die Trennungszonen in der Spule sind also im Wesentlichen an den gleichen axialen Stellen angeordnet, an denen sich im Spuleninnenraum die Materialsprünge bzw. änderungen mit dem größten Einfluss auf die magnetischen Verhältnisse, nämlich die Übergänge vom insbesondere ferromagnetischen Material der beiden Ankerteile auf die in der Ankerlücke vorgesehene Umgebungsluft, befinden. Dadurch wird die Auswertegenauigkeit der Positionserfassung weiter verbessert. According to a further advantageous embodiment, an axial end face of at least one of the two anchor parts, when the actuator is in one of the two end positions, within an axial range, which is determined by the axial separation zone. This can be used to generate a measurement signal with a particularly high and easily evaluable information content for the position detection of the actuator. The position determination can then be carried out very accurately. In particular, the coil may be divided into three sub-coils, wherein the then formed two separation zones are preferably axially each placed so that the above condition is met. The axial position of each of the two separation zones coincides with the axial position of an axial end face of one of the two anchor parts when the actuator is in the two end positions. The separation zones in the coil are thus arranged essentially at the same axial locations where the material jumps or changes in the coil interior with the greatest influence on the magnetic conditions, namely the transitions from the particular ferromagnetic material of the two anchor parts to those in the armature gap intended ambient air, are located. As a result, the evaluation accuracy of the position detection is further improved.

Gemäß einer weiteren günstigen Ausgestaltung ist die axiale Trennungszone als freier und insbesondere unbefüllter Zwischenraum ausgeführt. Dadurch reduziert sich der ohnehin geringe Platzbedarf für die Zwischenzone weiter. According to a further advantageous embodiment, the axial separation zone is designed as a free and in particular unfilled intermediate space. This further reduces the already small footprint for the intermediate zone on.

Gemäß einer alternativen Ausgestaltung kann in der axialen Trennungszone aber auch ein gesondertes, insbesondere scheibenringförmiges Bauteil angeordnet sein. Dadurch lässt sich insbesondere während des Bewicklungsvorgangs sicherstellen, dass die gewünschte Trennung zwischen den benachbarten Teilspulen fehlerfrei erfolgt. According to an alternative embodiment, however, a separate, in particular disk-ring-shaped component can also be arranged in the axial separation zone. As a result, it is possible, in particular during the winding process, to ensure that the desired separation between the adjacent sub-coils takes place without errors.

Sowohl die in den Patentansprüchen angegebenen Merkmale als auch die in den nachfolgenden Ausführungsbeispielen der erfindungsgemäßen Stellvorrichtung angegebenen Merkmale sind jeweils für sich alleine oder in Kombination miteinander geeignet, den erfindungsgemäßen Gegenstand weiterzubilden. Die jeweiligen Merkmalskombinationen stellen hinsichtlich der Weiterbildungen der Erfindungsgegenstands keine Einschränkung dar, sondern weisen im Wesentlichen lediglich beispielhaften Charakter auf. Both the features specified in the claims and the features specified in the subsequent embodiments of the adjusting device according to the invention are each suitable alone or in combination with each other to further develop the subject invention. The respective combinations of features represent no limitation with respect to the developments of the subject invention, but have essentially merely exemplary character.

Bei der elektromagnetischen Stellvorrichtung kann es sich insbesondere um diejenige eines Kraftfahrzeugs handeln, beispielsweise eines Personen- oder Lastkraftwagens. Demgemäß kann die Stellvorrichtung zur Auswahl einer Schaltgasse eines Kraftfahrzeuggetriebes dienen oder andere Stellaufgaben in einem Fahrzeuggetriebe übernehmen (beispielsweise Zu- oder Abkoppeln von An-/Abtriebswellen des Getriebes, Einlegen von Getriebegängen, Zu- oder Abschalten von Sperren). Bei dem Fahrzeuggetriebe handelt es sich insbesondere um ein Getriebe im Fahrzeugantriebsstrang, mittels dessen der Vortrieb des Fahrzeugs erfolgt. Die Stellvorrichtung kann auch zur Einstellung eines Fahrzeugfluidruckes oder einer -durchflussrate (beispielsweise in einem Pneumatik-, Hydraulik-, Heizungs- oder Kühlsystem) dienen. Ebenso können andere geeignete Stellaufgaben, auch auf anderen Technikgebieten, durch die Stellvorrichtung durchgeführt werden. Insbesondere kann es sich bei der erfindungsgemäßen elektromagnetischen Stellvorrichtung auch um eine Stellvorrichtung eines elektrischen Schließmechanismus‘ einer Türe oder eines Fensters (beispielsweise eines Gebäudes, Möbelstücks, Sicherheitsschranks oder Fahrzeugs) handeln. The electromagnetic adjusting device may in particular be that of a motor vehicle, for example a passenger or heavy goods vehicle. Accordingly, the adjusting device can be used to select a shift gate of a motor vehicle transmission or take over other control tasks in a vehicle transmission (for example, coupling or uncoupling input / output shafts of the transmission, engaging transmission gears, locking or unlocking). The vehicle transmission is, in particular, a transmission in the vehicle drive train, by means of which the propulsion of the vehicle takes place. The actuator may also be used to adjust a vehicle fluid pressure or rate (for example in a pneumatic, hydraulic, heating or cooling system). Likewise, other suitable actuating tasks, even in other fields of technology, can be carried out by the adjusting device. In particular, the electromagnetic actuating device according to the invention can also be an adjusting device of an electrical closing mechanism of a door or of a window (for example of a building, piece of furniture, safety cabinet or vehicle).

Weitere Merkmale, Vorteile und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der Zeichnung. Es zeigt: Further features, advantages and details of the invention will become apparent from the following description of exemplary embodiments with reference to the drawing. It shows:

1 ein erstes Ausführungsbeispiel einer bidirektionalen elektromagnetischen Stellvorrichtung mit einem in einer ersten stabilen Endposition befindlichen Stellglied, 1 a first embodiment of a bidirectional electromagnetic actuator with an actuator located in a first stable end position,

2 die Stellvorrichtung gemäß 1 mit dem Stellglied ín einer zweiten stabilen Endposition, 2 the adjusting device according to 1 with the actuator in a second stable end position,

3 die Stellvorrichtung gemäß 1 mit dem Stellglied ín einer stabilen Mittenposition, und 3 the adjusting device according to 1 with the actuator in a stable center position, and

4 ein zweites Ausführungsbeispiel einer bidirektionalen elektromagnetischen Stellvorrichtung mit mehrgeteilter Spule zur Positionserfassung für das Stellglied. 4 A second embodiment of a bidirectional electromagnetic actuator with multi-split coil for position detection for the actuator.

Einander entsprechende Teile sind in den 1 bis 4 mit denselben Bezugszeichen versehen. Auch Einzelheiten der im Folgenden näher erläuterten Ausführungsbeispiele können für sich genommen eine Erfindung darstellen oder Teil eines Erfindungsgegenstands sein. Corresponding parts are in the 1 to 4 provided with the same reference numerals. Also details of the embodiments explained in more detail below may constitute an invention in itself or be part of an inventive subject matter.

In 1 bis 3 ist ein Ausführungsbeispiel einer bidirektionalen elektromagnetischen Stellvorrichtung 1 gezeigt, die ein längs einer Mittenlängsachse 2 bewegliches Stellglied 3 umfasst, das zumindest teilweise innerhalb eines Spuleninnenraums 4 einer elektrischen Spule 5 angeordnet ist. Das längs bewegliche Stellglied 3 enthält einen Anker 6 sowie eine Stellstange 7. Das Stellglied 3 wirkt bidirektional, also in beide axiale Richtungen. Die beidseitige Längsbeweglichkeit des Stellglieds 3 ist durch den Doppelpfeil 8 angedeutet. In 1 to 3 is an embodiment of a bidirectional electromagnetic actuator 1 shown, one along a central longitudinal axis 2 movable actuator 3 at least partially within a coil interior 4 an electric coil 5 is arranged. The longitudinally movable actuator 3 contains an anchor 6 as well as an adjusting rod 7 , The actuator 3 acts bidirectionally, ie in both axial directions. The two-sided longitudinal mobility of the actuator 3 is by the double arrow 8th indicated.

Die Spule 5 ist in einem Gehäuse angeordnet, das einen in etwa zylinderförmigen Mantel 9 sowie axiale Stirnseitenabdeckungen 10 und 11 umfasst. Die Stirnseitenabdeckungen 10, 11 enthalten jeweils eine Durchgangsöffnung 12 bzw. 13, die sich auf der dem Spuleninnenraum 4 zugewandten Innenseite der Stirnseitenabdeckungen 10, 11 in jeweils einstückig an die betreffende Stirnseitenabdeckung 10, 11 angeformten hohlzylindrischen Führungsrohren 14 bzw. 15 fortsetzen. Die Führungsrohre 14 und 15 dienen zur Führung und Lagerung des Ankers 6. The sink 5 is arranged in a housing having an approximately cylindrical shell 9 as well as axial end covers 10 and 11 includes. The front side covers 10 . 11 each contain a passage opening 12 respectively. 13 that are located on the coil interior 4 facing inside of the front side covers 10 . 11 in each case in one piece to the relevant end cover 10 . 11 molded hollow cylindrical guide tubes 14 respectively. 15 continue. The guide tubes 14 and 15 serve to guide and support the anchor 6 ,

Der Anker 6 ist zweigeteilt ausgeführt. Er umfasst ein erstes Ankerteil 16 sowie ein zweites Ankerteil 17. Beide Ankerteile 16, 17 sind an der Stellstange 7 zueinander fluchtend angebracht. Die Ankerteile 16 und 17 sind im Spuleninnenraum 4 durch eine Ankerlücke 18 axial voneinander beabstandet. The anchor 6 is executed in two parts. It comprises a first anchor part 16 and a second anchor part 17 , Both anchor parts 16 . 17 are on the control rod 7 aligned with each other. The anchor parts 16 and 17 are in the coil interior 4 through an anchor gap 18 axially spaced apart.

Im Bereich der Ankerlücke 18 ist ein hohlzylindrisches den Anker 6 umgebendes Joch 19 ortsfest im Spuleninnenraum 4 angeordnet. Das Joch 19 ist konzentrisch zur Mittenlängsachse 2 platziert. Es dient insbesondere und zumindest in gewissem Umfang auch zur Führung und/oder Lagerung des Ankers 6. Das Joch 19 überdeckt die Ankerlücke 18, wobei die relative Position der Ankerlücke 18 zu dem ortsfesten Joch 19 wegen der axialen Verschiebbarkeit des Stellglieds 3 variieren kann. Das Joch 19 hat eine größere axiale Ausdehnung als die Ankerlücke 18, sodass zwischen dem Joch 19 und dem ersten Ankerteil 16 eine erste Jochüberlappung 20 (siehe 2) und zwischen dem Joch 19 und dem zweiten Ankerteil 17 eine zweite Jochüberlappung 21 gegeben ist. Das Ausmaß der Jochüberlappungen 20, 21 kann wiederum variieren. Es hängt von der Position des Stellglieds 3 ab. Bei dem in 1 gezeigten Betriebszustand der Stellvorrichtung 1 ist die erste Jochüberlappung 20 annähernd null, wohingegen die zweite Jochüberlappung 21 ihre größtmögliche axiale Ausdehnung aufweist. Umgekehrte Verhältnisse sind in 2 dargestellt. In the area of the anchor gap 18 is a hollow cylindrical anchor 6 surrounding yoke 19 stationary in the coil interior 4 arranged. The yoke 19 is concentric to the center longitudinal axis 2 placed. It is used in particular and at least to some extent for the guidance and / or storage of the anchor 6 , The yoke 19 covers the anchor gap 18 where the relative position of the anchor gap 18 to the stationary yoke 19 because of the axial displaceability of the actuator 3 can vary. The yoke 19 has a greater axial extent than the anchor gap 18 so between the yoke 19 and the first anchor part 16 a first yoke overlap 20 (please refer 2 ) and between the yoke 19 and the second anchor part 17 a second yoke overlap 21 given is. The extent of the yoke overlaps 20 . 21 may vary again. It depends on the position of the actuator 3 from. At the in 1 shown operating state of the adjusting device 1 is the first yoke overlap 20 almost zero, whereas the second yoke overlap 21 their greatest possible axial extent. Reverse conditions are in 2 shown.

Die in dem Magnetflusskreis angeordneten Komponenten enthalten insbesondere ein ferromagnetisches Material oder bestehen insbesondere aus einem solchen Material. Dies betrifft zumindest den Anker 6 und das Joch 19, aber gegebenenfalls auch die Stirnseitenabdeckungen 10, 11 sowie den Mantel 9. The components arranged in the magnetic flux circuit contain, in particular, a ferromagnetic material or consist in particular of such a material. This concerns at least the anchor 6 and the yoke 19 , but possibly also the front side covers 10 . 11 as well as the coat 9 ,

Die Stellvorrichtung 1 enthält außerdem zwei axiale Endanschläge 22 und 23. Das erste Ankerteil 16 stößt mit einer von der Ankerlücke 18 abgewandten axialen Stirnfläche 24 an den Endanschlag 22 an, wenn sich das Stellglied 3 in einer ersten Endposition befindet. Analog stößt das zweite Ankerteil 17 mit einer von der Ankerlücke 18 abgewandten axialen Stirnfläche 25 an den zweiten Endanschlag 23 an, wenn sich das Stellglied 3 in einer zweiten Endposition befindet. Die Endanschläge 22 und 23 sind mit Durchgangslöchern 26 bzw. 27 versehen, durch die die Stellstange 7 jeweils hindurchgeführt ist. The adjusting device 1 also includes two axial end stops 22 and 23 , The first anchor part 16 abuts with one of the anchor gap 18 facing away from the axial end face 24 at the end stop 22 when the actuator 3 is in a first end position. Analog encounters the second anchor part 17 with one of the anchor gap 18 facing away from the axial end face 25 to the second end stop 23 when the actuator 3 located in a second end position. The end stops 22 and 23 are with through holes 26 respectively. 27 provided by the control rod 7 each passed through.

Außerdem ist die Stellstange 7 des Stellglieds 3 mit einem bistabilen Haltelement in Form einer zusammengedrückt eingespannten Schraubenfeder 28 mechanisch verbunden. Die Schraubenfeder 28 hat eine Federlängsachse 29, die im Wesentlichen senkrecht zur Mittenlängsachse 2 orientiert ist. Außerdem weist die Schraubenfeder 28 in Richtung ihrer Federlängsachse gesehen eine Federmitte 30 (siehe 3) auf. Die Schraubenfeder 28 kann mittig oder außermittig an der Stellstange 7 angebracht sein. Statt schraubenförmig kann die Feder 28 auch beliebig anders geeignet ausgeführt sein, beispielsweise als Tellerfeder oder Schnappfeder. Bevorzugt ist bei jeder Ausführungsform der Stellvorrichtung die Feder 28 derart ausgeführt ist, dass sich die Wirkungsrichtung der Federkraft (Haltekraft) umkehrt, wenn sich das Stellglied 3 im Bereich der Mittenposition befindet (siehe 3). In addition, the control rod 7 of the actuator 3 with a bistable holding element in the form of a compressed clamped coil spring 28 mechanically connected. The coil spring 28 has a spring longitudinal axis 29 which are substantially perpendicular to the central longitudinal axis 2 is oriented. In addition, the coil spring points 28 seen in the direction of its spring axis a spring center 30 (please refer 3 ) on. The coil spring 28 Can be centered or off-center on the control rod 7 to be appropriate. Instead of helical, the spring can 28 also be designed differently suitable, for example, as a plate spring or snap spring. In each embodiment of the adjusting device, the spring is preferred 28 is designed such that the direction of action of the spring force (holding force) reverses when the actuator 3 is located in the area of the center position (see 3 ).

Im Folgenden werden die Funktionsweise, Vorteile und besondere Eigenschaften der Stellvorrichtung 1 unter Bezugnahme auf die Abbildungen gemäß 1 bis 3 erläutert. The following are the operation, advantages and special features of the actuator 1 with reference to the figures according to 1 to 3 explained.

Wie bereits erwähnt, hat die Stellvorrichtung 1 eine bidirektionale Wirkung. Es können Stellvorgänge in beide axiale Richtungen vorgenommen werden. As mentioned earlier, the actuator has 1 a bidirectional effect. Adjustments can be made in both axial directions.

Darüber hinaus hat die Stellvorrichtung 1 mindestens zwei, bei geeigneter Ansteuerung der Spule 5 drei stabile Positionen. Dementsprechend kann die Stellvorrichtung 1 als bistabil bzw. tristabil bezeichnet werden. In addition, the actuator has 1 at least two, with suitable control of the coil 5 three stable positions. Accordingly, the adjusting device 1 be referred to as bistable or tristable.

Die Stabilität des Stellglieds 3 in seiner ersten und zweiten Endposition wird durch die Haltekraft der Schraubenfeder 28 gewährleistet. Die Schraubenfeder 28 ist so an der Stellstange 7 angebracht, dass ihr in 3 gezeigter größter zusammengedrückter Zustand gegeben ist, wenn sich das Stellglied 3 in etwa in einer Mittenposition zwischen den beiden Endpositionen (siehe 1 und 2) befindet. In der Mittenposition (siehe 3) ist die Ankerlücke 19 in etwa symmetrisch zum Joch 19 angeordnet. Die Jochüberlappungen 21, 22 der beiden Ankerteile 16 bzw. 17 sind dann im Wesentlichen gleich groß. The stability of the actuator 3 in its first and second end position is by the holding force of the coil spring 28 guaranteed. The coil spring 28 is so on the control rod 7 attached that you in 3 shown largest compressed condition is given when the actuator 3 approximately in a middle position between the two end positions (see 1 and 2 ) is located. In the middle position (see 3 ) is the anchor gap 19 approximately symmetrical to the yoke 19 arranged. The yoke overlaps 21 . 22 the two anchor parts 16 respectively. 17 are then essentially the same size.

Gegenüber den Verhältnissen in der Mittenposition ist die Schraubenfeder 28 in einem entspannteren Zustand, wenn sich das Stellglied 3 in den beiden Endpositionen (siehe 1 und 2) befindet. Die Schraubenfeder 28 ist dann seitlich, d.h. in Richtung der Mittenlängsachse 2, ein Stück weit ausgelenkt, wodurch sich Raum für eine Entspannung der Schraubenfeder 28 ergibt. Die seitliche Auslenkung der Schraubenfeder 28 längs der Mittenlängsachse 2 kann in beide axiale Richtungen erfolgen, wobei es jeweils zu der Federentspannung kommt. Compared to the conditions in the center position is the coil spring 28 in a more relaxed state when the actuator 3 in the two end positions (see 1 and 2 ) is located. The coil spring 28 is then laterally, ie in the direction of the central longitudinal axis 2 , deflected a little way, giving room for relaxation of the coil spring 28 results. The lateral deflection of the coil spring 28 along the central longitudinal axis 2 can be done in both axial directions, it comes to each of the spring relaxation.

In dem in 1 gezeigten Zustand befindet sich das Stellglied 3 in der ersten Endposition. Das erste Ankerteil 16 liegt an dem Endanschlag 22 an. Die Schraubenfeder 28 ist in ihrem entspannten Zustand und hält das Stellglied 3 in dieser ersten Endposition. Eine Bewegung weg von dem Endanschlag 22 kann nur bei Überwindung der entgegenwirkenden Federkraft der Schraubenfeder 28 erfolgen. Die Federkraft wirkt einer Bewegung solange entgegen, bis die Schraubenfeder 28 sich bei Erreichen des Stellglieds 23 der Mittenposition (siehe 3) in ihrem maximal gespannten Zustand befindet. Wird die Bewegung des Stellglieds 23 in diese Richtung fortgesetzt, kehrt sich die Wirkungsrichtung der Federkraft um. Sie steht einer Fortbewegung des Stellglieds 3 in dieser Richtung nicht mehr entgegen, sondern begünstigt diese sogar. Die Schraubenfeder 28 ist dann bestrebt, in einen möglichst entspannten Zustand zu gelangen. Analoge Verhältnisse stellen sich ein, wenn das Stellglied 3 ausgehend von der in 2 dargestellten zweiten Endposition in Richtung zur ersten Endposition (siehe 1) zurückbewegt wird. Auch hier muss zunächst die entgegenstehende Federkraft überwunden werden. Insgesamt hält die Schraubenfeder 28 das Stellglied 3 also jeweils in beiden Endpositionen zurück. In the in 1 shown state is the actuator 3 in the first end position. The first anchor part 16 is at the end stop 22 at. The coil spring 28 is in its relaxed state and holds the actuator 3 in this first end position. A movement away from the end stop 22 can only overcome the counteracting spring force of the coil spring 28 respectively. The spring force counteracts a movement until the coil spring 28 on reaching the actuator 23 the center position (see 3 ) is in its maximum tensioned state. Will the movement of the actuator 23 continued in this direction, the direction of action of the spring force reverses. It is a locomotion of the actuator 3 in this direction no longer opposed, but even favors them. The coil spring 28 is then anxious to get as relaxed as possible. Analogous conditions occur when the actuator 3 starting from the in 2 shown second end position toward the first end position (see 1 ) is moved back. Again, the opposing spring force must first be overcome. Overall, the coil spring stops 28 the actuator 3 in each case in both end positions.

Um einen Stellvorgang, verbunden mit einem Positionswechsel des Stellglieds 3, einzuleiten, wird die Spule 5 mit einem Stromimpuls beaufschlagt. Aufgrund des Stromflusses in der Spule 5 wird im Spuleninnenraum 4 ein Magnetfluss erzeugt. Dieser Magnetfluss wird u.a. in den beiden Ankerteilen 16 und 17 geführt. Die Überbrückung der Ankerlücke 18 erfolgt über das Joch 19, über das sich auch der Magnetfluss schließt. In einem inhomogenen Magnetkreis besteht das Bestreben, den Magnetwiderstand zu reduzieren. Dies ist insbesondere im Hinblick auf die Jochüberlappungen 20, 21 von Bedeutung. Die erste Jochüberlappung 20 ist bei der in 1 gezeigten Stellung des Stellglieds 3 verschwindend und jedenfalls deutlich kleiner als die zweite Jochüberlappung 21. Dementsprechend stellt sich zwischen dem ersten Ankerteil 16 und dem Joch 19 in diesem Betriebszustand ein relativ hoher Magnetwiderstand ein. Unter dem Einfluss der strombeaufschlagten Spule 5 und im Bestreben diesen Magnetwiderstand zu reduzieren, wird das Stellglied 3 in Richtung auf den zweiten Endanschlag 23 und vor allem auch gegen die Federkraftwirkung der Schraubenfeder 28 beschleunigt. Sobald die Mittenposition durchlaufen ist, ist, wie vorstehend erwähnt, keine Magnetkraft mehr notwendig, um das Stellglied 3 in die zweite Endposition zu überführen. Die Strombeaufschlagung der Spule 5 kann ab dann wieder beendet werden. Die Zurückführung des Stellglieds 3 von der zweiten in die erste Endposition erfolgt analog. To a setting process, associated with a change in position of the actuator 3 , to initiate, becomes the coil 5 subjected to a current pulse. Due to the current flow in the coil 5 becomes in the coil interior 4 generates a magnetic flux. This magnetic flux is, inter alia, in the two anchor parts 16 and 17 guided. The bridging of the anchor gap 18 takes place over the yoke 19 , which also closes the magnetic flux. In an inhomogeneous magnetic circuit, there is a desire to reduce the magnetoresistance. This is especially true with regard to the yoke overlaps 20 . 21 significant. The first yoke overlap 20 is at the in 1 shown position of the actuator 3 vanishing and at least much smaller than the second yoke overlap 21 , Accordingly arises between the first anchor part 16 and the yoke 19 in this operating state a relatively high magnetoresistance. Under the influence of the current-loaded coil 5 and in an effort to reduce this magnetoresistance, the actuator becomes 3 towards the second end stop 23 and especially against the spring force effect of coil spring 28 accelerated. Once the center position has passed through, as mentioned above, no magnetic force is required to the actuator 3 to transfer to the second end position. The current applied to the coil 5 can be stopped again from then on. The return of the actuator 3 from the second to the first end position is analogous.

Wird die Spule 5 allerdings nicht mit einem Stromimpuls, sondern mit einem Dauerstrom beaufschlagt, stellt sich eine andere Situation ein. Im Magnetkreis wird dann ein energetisch bevorzugter Zustand angestrebt, bei dem sowohl der Magnetwiderstand zwischen dem ersten Ankerteil 16 und dem Joch 19 als auch der Magnetwiderstand zwischen dem zweiten Ankerteil 17 und dem Joch 19 möglichst niedrig ist. Dies ist dann der Fall, wenn beide Jochüberlappungen 20, 21 in etwa gleich groß sind, und sich das Stellglied 3 in der in 3 gezeigten Mittenposition befindet. Das Stellglied 3 wird durch Magnetkraftwirkung in dieser Mittenposition gehalten, so lange ein Stromfluss in der Spule 5 gegeben ist. Will the coil 5 However, not with a current pulse, but subjected to a continuous current, a different situation arises. In the magnetic circuit, an energetically preferred state is sought, in which both the magnetic resistance between the first anchor part 16 and the yoke 19 as well as the magnetic resistance between the second anchor part 17 and the yoke 19 as low as possible. This is the case when both yoke overlaps 20 . 21 are about the same size, and the actuator 3 in the in 3 shown center position. The actuator 3 is held in this center position by magnetic force action, as long as a current flow in the coil 5 given is.

Da nach dem Abschalten des Stromflusses in der Spule 5 ein undefinierter Zustand entstehen könnte, ist es vorteilhaft, die Federkraftwirkung der Spule 28 nicht ganz symmetrisch in Bezug auf die Mittenposition einzustellen. Deshalb wird die Schraubenfeder 28 in diesem Fall außermittig an der Stellstange 7 angebracht. Dann wird das Stellglied 3 nach Abschalten des Stromflusses in der Spule 5 durch die danach wieder maßgebliche Federkraftwirkung in eine der beiden Endpositionen überführt. Because after switching off the current flow in the coil 5 An undefined condition could arise, it is advantageous to the spring force effect of the coil 28 not quite symmetrical with respect to the center position. Therefore, the coil spring 28 in this case off-center on the control rod 7 appropriate. Then the actuator 3 after switching off the current flow in the coil 5 transferred by the then again decisive spring force effect in one of the two end positions.

In 4 ist ein Ausführungsbeispiel einer weiteren bidirektionalen elektromagnetischen Stellvorrichtung 31 gezeigt. Die Stellvorrichtung 31 unterscheidet sich von der Stellvorrichtung 1 gemäß 1 bis 3 vor allem durch eine andere Ausgestaltung der elektrischen Spule 32, die hier mehrteilig ausgeführt ist. Sie enthält drei Teilspulen 33, 34 und 35, die axial hintereinander angeordnet sind. Allerdings ist die Dreiteilung der Spule 32 nicht zwingend. Andere Teilungen, beispielsweise in nur zwei Teilspulen oder mehr als drei Teilspulen, sind ebenfalls möglich. In 4 is an embodiment of another bidirectional electromagnetic actuator 31 shown. The adjusting device 31 differs from the actuator 1 according to 1 to 3 especially by another embodiment of the electric coil 32 , which is executed here in several parts. It contains three partial coils 33 . 34 and 35 , which are arranged axially one behind the other. However, the tripartite division is the coil 32 not necessarily. Other divisions, for example, in only two sub-coils or more than three sub-coils, are also possible.

Zwischen jeweils zwei benachbarten Teilspulen 33 und 34 bzw. 34 und 35 ist eine Trennungszone 36 bzw. 37 vorgesehen, innerhalb derer ein gesondertes scheibenringförmiges Trennbauteil 38 bzw. 39 platziert ist. Die Teilspulen 33 bis 35 sind durch die axialen Trennungszonen 36 und 37 räumlich voneinander getrennt. Die axialen Trennungszonen 36 und 37 haben jeweils eine axiale Ausdehnung d. Die Trennungszone 36 erstreckt sich innerhalb eines axialen Bereichs, in dem auch eine axiale Stirnfläche 40 des ersten Ankerteils 16 liegt, wenn sich das Stellglied 3 – wie in 1 und 4 dargestellt – in seiner ersten Endposition befindet. Analog erstreckt sich die Trennungszone 37 innerhalb eines axialen Bereichs, in dem auch eine axiale Stirnfläche 41 des zweiten Ankerteils 17 liegt, wenn sich das Stellglied 3 – wie in 2 dargestellt – in seiner zweiten Endposition befindet. Between every two adjacent partial coils 33 and 34 respectively. 34 and 35 is a separation zone 36 respectively. 37 provided within which a separate disc-annular separating member 38 respectively. 39 is placed. The partial coils 33 to 35 are through the axial separation zones 36 and 37 spatially separated. The axial separation zones 36 and 37 each have an axial extent d. The separation zone 36 extends within an axial region, in which also has an axial end face 40 of the first anchor part 16 lies when the actuator 3 - as in 1 and 4 shown - located in its first end position. Analogously, the separation zone extends 37 within an axial range, in which also an axial end face 41 of the second anchor part 17 lies when the actuator 3 - as in 2 shown - located in its second end position.

Die drei Teilspulen 33 bis 35 sind mittels elektrischer Verbindungen 42 und 43 in Reihe geschaltet. Die Spule 32 hat an ihren beiden axialen Stirnseiten zwei elektrische Hauptanschlüsse 44 und 45 sowie außerdem zwei Mittenabgriffe 46 und 47, von denen jeder an eine der elektrischen Verbindungen 42 und 43 angeschlossen ist. Die Hauptanschlüsse 44, 45 und die Mittenabgriffe 46, 47 sind mit einer Steuereinheit 48, die insbesondere ebenfalls Bestandteil der elektromagnetischen Stellvorrichtung 31 ist, elektrisch verbunden. The three partial coils 33 to 35 are by means of electrical connections 42 and 43 connected in series. The sink 32 has two main electrical connections at its two axial ends 44 and 45 as well as two center taps 46 and 47 , each of which is connected to one of the electrical connections 42 and 43 connected. The main connections 44 . 45 and the center taps 46 . 47 are with a control unit 48 , in particular also part of the electromagnetic actuator 31 is electrically connected.

Die Spule 32 erfüllt eine doppelte Funktion. Sie dient zum einen, wie vorstehend erläutert, zur Längsverschiebung des Stellglieds 3. Zum anderen kann die Spule 32 aufgrund ihrer Mehrteilung zur Erfassung der aktuellen Position des Stellglieds 3 und insbesondere des Ankers 6 herangezogen werden. Die Kenntnis der aktuellen Stellgliedposition ist bei vielen Anwendungsfällen, bei denen die elektromagnetische Stellvorrichtung 31 zum Einsatz kommt, von Bedeutung. Zur Positionserfassung wird die Spule 32 in einem Sensorbetriebsmodus betrieben. Hierbei wird ein Teil der Spule 32, insbesondere eine Untermenge der Teilspulen 33 bis 35, mit einem Sensorstrom beaufschlagt. Durch Induktion wird in dem nicht mit Strom beaufschlagten Teil der Spule 32 eine Spannung induziert, sodass an dem zugehörigen Hauptanschluss 44 oder 45 oder Mittenabgriff 46 oder 47 ein Potentialsignal abgegriffen und in der Steuereinheit 48 erfasst und ausgewertet werden kann. Das Potentialsignal hängt von dem aktuellen Induktivitätswert der gesamten Spulenanordnung ab. Die Induktivität dieser Spulenanordnung wird u.a. auch durch die Position des Ankers 6 bestimmt. Je nach Ankerposition stellen sich ein spezifischer Induktivitätswert und ein erfassbares Potentialsignal mit einem durch den Induktivitätswert bedingten spezifischen Informationsgehalt ein. Anhand einer Auswertung des Potentialsignals in der Steuereinheit 48 lässt sich auf den aktuellen Induktivitätswert und damit auf die aktuelle Position des Ankers 6 bzw. des Stellglieds 3 rückschließen. The sink 32 fulfills a double function. It serves, as explained above, for the longitudinal displacement of the actuator 3 , On the other hand, the coil 32 due to its multiple division to detect the current position of the actuator 3 and in particular the anchor 6 be used. The knowledge of the current actuator position is in many applications where the electromagnetic actuator 31 is important. The position is recorded by the coil 32 operated in a sensor operating mode. This will be part of the coil 32 , in particular a subset of the sub-coils 33 to 35 , charged with a sensor current. Induction is in the part of the coil that is not energized 32 induces a voltage so that at the associated main terminal 44 or 45 or center tap 46 or 47 a potential signal tapped and in the control unit 48 recorded and evaluated. The potential signal depends on the current inductance value of the entire coil arrangement. The inductance of this coil arrangement is, inter alia, by the position of the armature 6 certainly. Depending on the armature position, a specific inductance value and a detectable potential signal are set with a specific information content due to the inductance value. Based on an evaluation of the potential signal in the control unit 48 can be adjusted to the current inductance value and thus to the current position of the armature 6 or the actuator 3 draw conclusions.

Die Erfassungsgenauigkeit bei der Bestimmung der Ankerposition kann durch die vorteilhafte axiale Positionsübereinstimmung der axialen Stirnfläche 40 und der Trennungszone 36 sowie der axialen Stirnfläche 41 und der Trennungszone 37 weiter verbessert werden. Platziert man die Trennungszonen 36 und 37 nämlich gerade an den axialen Positionen, an denen der Materialsprung zwischen dem ersten Ankerteil 16 bzw. dem zweiten Ankerteil 17 einerseits und der mit Umgebungsluft befüllten Ankerlücke 18 andererseits liegt, resultiert ein besonders signifikantes Messsignal, aus dem die Position des Ankers 6 mit hoher Genauigkeit ermittelt werden kann. The detection accuracy in the determination of the armature position can be achieved by the advantageous axial position coincidence of the axial end face 40 and the separation zone 36 and the axial end face 41 and the separation zone 37 be further improved. If you place the separation zones 36 and 37 namely at the axial positions at which the material jump between the first anchor part 16 or the second anchor part 17 on the one hand and the filled with ambient air anchor gap 18 on the other hand, results in a particular significant measurement signal showing the position of the armature 6 can be determined with high accuracy.

Für die Positionsbestimmung ist vorteilhafterweise kein zusätzliches Bauteil erforderlich. Die Spule 32 wird ohnehin für die Positionsverschiebung des Stellglieds 3 benötigt. Die Stellvorrichtung 32 kann deshalb praktisch unter Beibehaltung des Bauvolumens um die Funktionalität der Positionserfassung erweitert werden. For determining the position advantageously no additional component is required. The sink 32 is anyway for the positional shift of the actuator 3 needed. The adjusting device 32 Therefore, it can be expanded to include the functionality of the position detection practically while maintaining the volume.

Ansonsten entspricht die Stellvorrichtung 32 in Aufbau und Wirkungsweise der Stellvorrichtung 1. Beide Stellvorrichtungen 1 und 32 zeichnen sich durch einen sehr kompakten Aufbau mit einer einzigen Spule 5 bzw. 32 und einem einfachen, aber trotzdem sehr effizienten Rückhaltemechanismus für das Stellglied 3 in den jeweiligen Endpositionen aus. Darüber hinaus lassen sich die Stellvorrichtungen 1 und 32 mit vergleichsweise geringem Aufwand herstellen, insbesondere auch deshalb, weil auf den Einsatz kostenträchtiger Permanentmagnete verzichtet wird. Otherwise the adjusting device corresponds 32 in construction and operation of the actuator 1 , Both actuators 1 and 32 are characterized by a very compact design with a single coil 5 respectively. 32 and a simple yet very efficient actuator retention mechanism 3 in the respective end positions. In addition, the adjusting devices can be 1 and 32 produce with relatively little effort, especially because it dispenses with the use of costly permanent magnets.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

1 1: elektromagnetische Stellvorrichtung electromagnetic actuator
2 2: Mittenlängsachse central longitudinal axis
3 3: Stellglied actuator
4 4: Spuleninnenraum Coils interior
5 5: Spule Kitchen sink
6 6: Anker anchor
7 7: Stellstange control rod
8 8th: Doppelpfeil double arrow
9 9: zylinderförmiger Mantel cylindrical jacket
10 10: axiale Stirnseitenabdeckung axial front cover
11 11: axiale Stirnseitenabdeckung axial front cover
12 12: Durchgangsöffnung Through opening
13 13: Durchgangsöffnung Through opening
14 14: Führungsrohr guide tube
15 15: Führungsrohr guide tube
16 16: erstes Ankerteil first anchor part
17 17: erstes Ankerteil first anchor part
18 18: Ankerlücke anchor gap
19 19: Joch yoke
20 20: erste Jochüberlappung first yoke overlap
21 21: zweite Jochüberlappung second yoke overlap
22 22: axialer Endanschlag axial end stop
23 23: axialer Endanschlag axial end stop
24 24: axiale Stirnfläche axial end face
25 25: axiale Stirnfläche axial end face
26 26: Durchgangsöffnung Through opening
27 27: Durchgangsöffnung Through opening
28 28: Schraubenfeder coil spring
29 29: Federlängsachse spring longitudinal axis
30 30: Federmitte spring center
31 31: elektromagnetische Stellvorrichtung electromagnetic actuator
32 32: Spule Kitchen sink
33 33: Teilspule partial coil
34 34: Teilspule partial coil
35 35: Teilspule partial coil
36 36: Trennungszone separation zone
37 37: Trennungszone separation zone
38 38: Trennbauteil separating member
39 39: Trennbauteil separating member
40 40: axiale Stirnfläche axial end face
41 41: axiale Stirnfläche axial end face
42 42: elektrische Verbindung electrical connection
43 43: elektrische Verbindung electrical connection
44 44: elektrischer Hauptanschluss main electrical connection
45 45: elektrischer Hauptanschluss main electrical connection
46 46: Mittenabgriff center tap
47 47: Mittenabgriff center tap
48 48: Steuereinheit control unit

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

DE 102008000534 A1 [0003, 0003]

Claims

Electromagnetic actuator having a central longitudinal axis ( 2 ) and a coil interior ( 4 ) surrounding electrical coil ( 5 ; 32 ) as well as along the central longitudinal axis ( 2 ) and at least partially in the coil interior ( 4 ) arranged actuator ( 3 ), wherein • the actuator ( 3 ) an adjusting rod ( 7 ) and one on the control rod ( 7 ) mounted split anchor ( 6 ) with a first and a second anchor part ( 16 . 17 ), characterized in that • the two anchor parts ( 16 . 17 ) axially by an armature gap ( 18 ) are spaced from each other, • in the area of the anchor gap ( 18 ) a hollow cylindrical anchor ( 6 ) surrounding yoke ( 19 ) stationary in the coil interior ( 4 ), • the actuator ( 3 ) movable longitudinally between a first and a second stable axial end position and by means of current application of the coil ( 5 ; 32 ) is convertible from the first end position to the second end position and vice versa, wherein in each end position one of the two anchor parts ( 16 . 17 ) a smaller axial overlap ( 20 . 21 ) with the yoke ( 19 ) than the other of the two anchor parts ( 16 . 17 ), and • on the actuator ( 3 ) at least one bistable holding element ( 28 ) is designed so that a holding force of the retaining element ( 28 ) the actuator ( 3 ) in each of the two end positions.

Adjusting device according to claim 1, wherein the yoke ( 19 ) has a greater axial extent than the anchor gap ( 18 ).

Adjusting device according to claim 1 or 2, wherein for each of the two end positions in each case an end stop ( 22 . 23 ) is provided, and that when reaching the end position at one of the two end stops ( 22 . 23 ) abutting anchor part ( 16 . 17 ) the one with the less overlap ( 20 . 21 ) with the yoke ( 19 ).

Adjusting device according to one of the preceding claims, in which at least one further hollow-cylindrical armature ( 6 ) surrounding yoke fixed in the coil interior ( 4 ) is arranged.

Actuating device according to one of the preceding claims, in which the retaining element ( 28 ) is designed as a spring which on the actuator ( 3 ) is mounted so that its spring force as a holding force the actuator ( 3 ) in each of the two end positions.

Adjusting device according to Claim 5, in which the spring ( 28 ) a spring longitudinal axis ( 29 ) having coil spring ( 28 ), which is clamped in a compressed state and perpendicular to the central longitudinal axis ( 2 ) oriented spring longitudinal axis ( 29 ) on the actuator ( 3 ) is attached.

Adjusting device according to claim 5 or 6, wherein the direction of action of the spring force in a change of the actuator ( 3 ) reverses from one to the other end position.

Adjusting device according to one of claims 5 to 7, wherein the spring ( 28 ) a spring longitudinal axis ( 29 ) having coil spring ( 28 ), which in the direction of the spring longitudinal axis ( 29 ) seen a spring center ( 30 ) and the outside of the spring center ( 30 ) on the actuator ( 3 ) is attached.

Actuating device according to one of the preceding claims, in which the actuator ( 3 ) by means of a continuous current application of the coil ( 5 ; 32 ) is in a centrally located between the two end positions stable axial center position can be transferred, wherein the two anchor parts ( 16 . 17 ) in the middle position in each case an equally large axial overlap ( 20 . 21 ) with the yoke ( 19 ) exhibit.

Actuating device according to one of the preceding claims, in which the coil ( 32 ) in at least two spatially separated, axially successively arranged and electrically connected in series partial coils ( 33 . 34 . 35 ), and between two adjacent sub-coils ( 33 . 34 . 35 ) each have an axial separation zone ( 36 . 37 ) and an electrical center tap ( 46 . 47 ) are provided, via the center tap ( 46 . 47 ) for determining an axial position of the armature ( 6 ) provided in a subset of the sub-coils ( 33 . 34 . 35 ) can be fed.

Actuator according to Claim 10, in which an axial end face ( 40 . 41 ) at least one of the two anchor parts ( 16 . 17 ), when the actuator ( 3 ) is located in one of the two end positions, is within an axial range passing through the axial separation zone ( 36 . 37 ) is determined.

Adjusting device according to claim 10 or 11, in which the axial separation zone ( 36 . 37 ) is performed as a free space, or in which in the axial separation zone ( 36 . 37 ) a separate separating component ( 38 . 39 ) is arranged.