DE102014102426A1

DE102014102426A1 - Elektromagnetische Stellvorrichtung sowie Nockenwellenverstellsystem

Info

Publication number: DE102014102426A1
Application number: DE102014102426.5A
Authority: DE
Inventors: Jörg Bürßner; Maria Grüner
Original assignee: ETO Magnetic GmbH
Current assignee: ETO Magnetic GmbH
Priority date: 2014-02-25
Filing date: 2014-02-25
Publication date: 2015-08-27
Anticipated expiration: 2034-02-26
Also published as: DE102014102426B4

Abstract

Die Erfindung betrifft eine elektromagnetische Stellvorrichtung (2) mit einem durch Bestromen einer stationären Spuleneinheit um einen Bewegungshub axial entlang einer sich in eine erste Axialrichtung und in einer entgegengesetzten zweiten Axialrichtung erstreckenden Verstellachse verstellbaren, von einer Ankereinheit (5) oder einem von einer Ankereinheit (5) antreibbaren Stellelement gebildeten Stellglied (6), welchem Kulissenmittel (7) so zugeordnet sind, dass das Stellglied (6) in mindestens zwei axial entlang der Verstellachse voneinander beabstandeten, vorzugsweise jeweils stromlos, stabilen, Verstellpositionen gehalten werden kann, die jeweils von einer Anschlagsposition (A1, A2) der Kulissenmittel (7) definiert sind, die die axiale Verstellbewegung des Stellgliedes (6) in die erste Axialrichtung (11) begrenzen, wobei die Kulissenmittel (7) bei abwechselnder Kraftbeaufschlagung des Stellgliedes (6) in die zwei entgegensetzten Axialrichtungen (11, 9) eine Verdrehung des Stellgliedes (6) ausschließlich in eine einzige Verdrehrichtung (V) um die Verstellachse sowie eine axiale Verstellung des Stellgliedes (6) von einer der Verstellpositionen in eine in der Verdrehrichtung folgende der Verstellpositionen bewirken, und wobei die Kulissenmittel (7) eine Führung sowie mit der Führung zusammenwirkende Abgreifermittel (13) umfassen.

Description

Die Erfindung betrifft eine elektromagnetische Stellvorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 sowie die Verwendung einer solchen Stellvorrichtung gemäß Anspruch 11. Ferner betrifft die Erfindung ein System, welches eine derartige elektromagnetische Stellvorrichtung zusammen mit einem eine Nockenwellen-Stellnut eines Verbrennungsmotors aufweisenden Aggregat als Stellpartner umfasst.
Aus dem Stand der Technik sind elektromagnetische Stellvorrichtungen für verschiedenste Stellzwecke, etwa für die Nockenverstellung eines Kraftfahrzeugmotors bekannt. Die DE 201 14 466 U1 der Anmelderin zeigt eine derartige Vorrichtung, welche eine mit Permanentmagnetmitteln versehene und als Stößeleinheit wirkende Ankereinheit aufweist, die als Reaktion auf eine Bestromung stationärer Spulenmittel relativ zu einer stationären Kerneinheit angetrieben werden kann. Das äußere Eingriffsende der Stößeleinheit wirkt in einem ausgefahrenen Zustand mit einer Steuernut der Nockenwellenverstellvorrichtung zusammen und ist so in der bekannten Weise in der Lage, mit hoher Betriebssicherheit, großserientauglich und mit vergleichsweise geringem Herstellungsaufwand die anspruchsvolle Steuer-Verstellaufgabe zu lösen.
Bei einigen Lösungen für Stellvorrichtungen müssen die Spulenmittel zum Halten eines ausgefahrenen Zustandes der Stößelmittel dauerhaft bestromt sein; außerdem sind Varianten bekannt, bei denen geführte Flüsse von (üblicherweise ankerseitig vorgesehenen) Pemanentmagneten eine stromlose Bistabilität ermöglichen, indem etwa eine ausgefahrene Ankereinheit durch permanentmagnetische Haftwirkung an einem zugehörigen, geeignet flussleitenden Gehäuseabschnitt haftet.
Eine Rückstellung der Stößeleinheit nach dem Stellbetrieb der Stößeleinheit und aus dem ausgefahrenen bzw. Eingriffs-Zustand mit dem Stellpartner erfolgt üblicherweise durch den rückstellend auf die Stößeleinheit wirkenden Stellpartner, nämlich dergestalt, dass in einer zugehörigen Drehposition die Stellnut die Stößeleinheit zurück in ihre Ausgangslage (zurückgezogener Position) verbringt, wobei typischerweise während dieses Betriebsvorgangs die stationäre Spuleneinheit unbestromt ist.
In der DE 10 2005 056 435 B4 ist eine elektromagnetische Stellvorrichtung beschrieben, deren axiale Verstellbewegung über eine Rastkugel begrenzt ist. Eine derartige Lösung ist zwar konstruktiv einfach – nachteilig sind jedoch die vergleichsweise großen für eine Axialverstellung zu überwindenden Reibkräfte, verursacht durch die in Richtung Ankerfederkraft beaufschlagte Kugel.
Alternative bistabile Stellvorrichtngen arbeiten mit einer Art „Kugelschreibermimik“ die jedoch eine Vielzahl von filigranen Bauelementen benötigt.
Ausgehend von dem vorgenannten Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine konstruktiv möglichst einfache elektromagnetische Stellvorrichtung, bevorzugt geeignet zum Einsatz in Nockenwellen-Verstellvorrichtungen anzugeben, bei denen die Kulissenmittel zur Bereitstellung von mindestens zwei in dieselbe Axialrichtung stabilen Verstellpositionen auszukommen, wobei gleichzeitig etwaige durch die Kulissenmittel auftretende Reibkräfte im Vergleich zu Stand der Technik-Lösungen minimiert sein sollen. Ferner besteht die Aufgabe darin, ein System mit einer nach dem Konzept der Erfindung ausgebildeten Stellvorrichtung und einem Nockenwellen-Stellnutaggregat als Stellpartner anzugeben.
Diese Aufgabe wird hinsichtlich der elektromagnetischen Stellvorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und hinsichtlich des Systems mit den Merkmalen des Anspruchs 12 bzw. durch eine Verwendung mit den Merkmalen des Anspruchs 11 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben. In den Rahmen der Erfindung fallen sämtliche Kombinationen aus zumindest zwei von in der Beschreibung, den Ansprüchen und/oder den Figuren offenbarten Merkmalen.
Zur Vermeidung von Wiederholungen sollen vorrichtungsgemäß offenbarte Merkmale als verfahrensgemäß offenbart gelten und beanspruchbar sein. Ebenso sollen verfahrensgemäß offenbarte Merkmale auch als vorrichtungsgemäß offenbart gelten und beanspruchbar sein.
Der Erfindung liegt der Gedanke zugrunde, die Führung der Kulissenmittel als um die Verstellachse umlaufenden Kanal auszubilden, in den die Abgreifermittel von radial innen oder radial außen eingreifen, wobei der, vorzugsweise von zwei, zumindest abschnittsweise, bevorzugt in Umfangsrichtung durchgehend, einander gegenüberliegenden und sich in Umfangsrichtung erstreckenden Kanalwänden, insbesondere Nutwänden, begrenzte Kanal in den von der durch Bestromen der Spuleneinheit verstellbaren Ankereinheit oder einem von der Ankereinheit antreibbaren Stellelement gebildeten Stellglied eingebracht sein kann und die Abgreifermittel an einem radial außerhalb oder radial innerhalb des Stellgliedes angeordneten Bauteil, insbesondere einer Führung zur Führung des Stellgliedes bei seiner Axialbewegung, oder umgekehrt, also derart, dass der Kanal in ein radial innerhalb oder radial außerhalb des Stellgliedes angeordnetes Bauteil eingebracht ist und die Abgreifermittel am Stellglied, um so (nach radial innen oder außen) radial in den Kanal eingreifen zu können. Bei der erstgenannten Ausführungsform verdreht sich dabei der Kanal relativ zu den feststehenden, insbesondere eine Kugel umfassenden, bevorzugt nicht federkraftbeaufschlagten Abgreifermitteln, während bei der zweiten Variante die, vorzugsweise eine Kugel umfassenden, Abgreifermittel relativ zu und innerhalb des dann feststehenden Kanals bewegt werden. Der Kanal weist dabei verschiedene Funktionsabschnitte auf, nämlich zum einen mindestens zwei in einer einzigen Verdrehrichtung beabstandete Anschlagspositionen für die Abgreifermittel, die die Verstellbewegung des Stellgliedes in eine erste Axialrichtung, vorzugsweise von einem Kern der elektromagnetischen Stellvorrichtung weg begrenzen sowie mindestens zwei axial entlang der Verstellachse sowie in der Verdrehrichtung beabstandete Schaltanschlagspositionen, die die Verstellbewegung des Stellgliedes durch ein entsprechendes Anschlagen der Abgreifermittel in die zweite Axialrichtung begrenzen. Bevorzugt sind die Anschlagspositionen und die Schaltanschlagspositionen in Umfangsrichtung alternierend angeordnet. Ferner umfasst der Kanal zwischen zwei in der Verdrehrichtung benachbarten, d.h. aufeinanderfolgenden Anschlagspositionen mindestens zwei, insbesondere ausschließlich zwei, Rampenabschnitte, die in der einzigen Verdrehrichtung betrachtet in unterschiedliche Axialrichtungen geneigt sind und die zwischen sich eine der vorgenannten Schaltanschlagspositionen aufweisen.
Die Rampenabschnitte des Kanals bewirken dabei durch Wechselwirkung mit den Abgreifermitteln bei einer entsprechenden Axialkraftbeaufschlagung des Stellgliedes eine Verdrehung in der einzigen Verdrehrichtung, wobei es zum Wechsel zwischen zwei in der einzigen Verdrehrichtung aufeinanderfolgenden, jeweils eine Verstellposition definierenden Anschlagspositionen notwendig ist, mindestens einen Lastwechsel zu realisieren, d.h. das Stellglied nacheinander in zwei unterschiedliche Axialrichtungen zu beaufschlagen, wobei es bevorzugt ist, wenn insgesamt nur ein einziger solcher Lastwechsel notwendig ist und das Stellglied für den vorgenannten Wechsel zuerst in die zweite Axialrichtung, vorzugsweise in Richtung Kern und nach Erreichen einer Schaltanschlagsposition durch die Abgreifermittel in die zweite Axialrichtung kraftbeaufschlagt werden muss, um so in die zu der (Start-)Verstellposition in der Verdrehrichtung folgende Verstellposition zu gelangen, die von der in der Verdrehrichtung auf die Schaltanschlagsposition folgende Anschlagsposition definiert ist.
Die erfindungsgemäße Ausgestaltung der Kulissenmittel hat gegenüber bekannten Lösungen erhebliche Vorteile. So sind die auftretenden Reibungskräfte zwischen den Abgreifermitteln und der Führung geringer als bei bekannten kugelrastenden Systemen. Darüber hinaus ist die Bauteilanzahl sowie deren Komplexizität im Vergleich zu bekannten Kugelschreiberprinziplösungen minimiert. Insgesamt wird ein sehr robustes und verlässliches System erhalten, das sich bevorzugt zum Einsatz bei Nockenwellenverstellaufgaben von Verbrennungsmotoren eignet, jedoch auf diesen Einsatzzweck nicht beschränkt ist.
Die elektromagnetische Stellvorrichtung weist mindestens zwei bei Kraftbeaufschlagung in die erste Axialrichtung stabile Verstellpositionen auf, kann jedoch durch entsprechende Ausgestaltung des Kanals um weitere in der ersten Axialrichtung, vorzugsweise jeweils stromlos, stabile Verstellpositionen erweitert werden, wobei bevorzugt die hierfür notwendige Anzahl an Anschlagspositionen des Kanals der Anzahl von in Umfangsrichtung bzw. Verdrehrichtung zwischen zwei Anschlagspositionen vorgesehenen und axial hiervon beabstandeten Schaltanschlagspositionen des Kanals entspricht.
Das Stellglied kann mit der Ankereinheit fest verbunden sein oder mit dieser einteilig ausgebildet sein oder vollständig von dieser lösbar sein. Wesentlich ist, dass sie bei einer Verstellbewegung zumindest zeitweise so miteinander in Kontakt treten, dass sie eine Kraft in axialer Richtung übertragen können.
Während sich die vorbeschriebene elektromagnetische Stellvorrichtung bevorzugt für eine Nockenwellenverstellung eines Verbrennungsmotors eignet, wobei etwa eine Nockenwellen-Stellnut des Verbrennungsmotors den zum Zusammenwirken mit der erfindungsgemäßen Stellvorrichtung vorgesehenen externen Stellpartner realisieren kann, ist gleichwohl die vorliegende Erfindung nicht auf diese Verwendung beschränkt sondern eignet sich prinzipiell für jeglichen (elektromagnetisch induzierten) Stellzweck, bei welchem die vorgenannten Erfordernisse, insbesondere an einem geeignet auszugestaltenden Stellhub in Verbindung mit (mindestens) zwei, vorzugsweise stromlos, stabilen Stellpositionen in die erste axiale Richtung zu realisieren sind, insbesondere für solche Anwendungskontexte, bei welchen ein Zusammenwirken mit einem externen Stellpartner vorgesehen ist, welcher das Stellglied zumindest über einen Wegabschnitt aus einer stabilen Verstellposition in die zweite Axialrichtung herausverstellt.
Ganz besonders bevorzugt ist eine Ausführungsform der elektromagnetischen Stellvorrichtung, bei der, wie bereits angedeutet, die von den Anschlagspositionen definierten Verstellpositionen stromlos stabil sind, wobei es hierzu bevorzugt ist, wenn das Stellglied unmittelbar oder mittelbar mittels einer Feder in die erste Axialrichtung federkraftbeaufschlagt ist.
Bei einer bevorzugten Ausführungsvariante mit ausschließlich zwei Anschlagspositionen, definiert eine der Anschlagspositionen bevorzugt eine axial eingefahrene Position des Stellgliedes und/oder eines zu dem Stellglied benachbarten oder von dem Stellglied gebildeten Stößels zur Wechselwirkung mit einem externen Stellpartner und die weitere Anschlagsposition eine ausgefahrene Verstellposition des Stellgliedes respektive Stößels. Bei mehr als zwei Anschlagspositionen ist es bevorzugt, wenn eine der mehreren Anschlagspositionen eine eingefahrene Stellung des Stellgliedes und/oder eines von dem Stellglied gebildeten oder zu diesem separaten Stößels definiert und die weiteren Anschlagspositionen ausgefahrene Positionen, wobei sich diese in einem axialen Ausfahrmaß des Stellgliedes und/oder eines Stößels unterscheiden.
Wie bereits erläutert, müssen die Abgreifermittel um von einer Anschlagsposition zu der in der Verdrehrichtung benachbarten, d.h. in die in Verdrehrichtung folgende Anschlagsposition zu kommen, um dadurch das Stellglied von einer der stabilen Verstellpositionen in die in der Verdrehrichtung folgende Verstellposition zu verstellen, eine Schaltanschlagsposition des Kanals durchlaufen, die bevorzugt zu beiden vorgenannten Anschlagspositionen in die zweite Axialrichtung beabstandet ist, so dass sich die Abgreifermittel bei einer Verstellbewegung des Stellgliedes aus einer, von einer der Anschlagspositionen definierten (stabilen) Verstellposition in eine von der in der Verdrehrichtung folgende Schaltanschlagsposition definierten Verstellposition sich in der zweiten Axialrichtung an dem ersten, auf die (Start-)Anschlagsposition folgenden Rampenabschnitt abstützen, vorzugsweise an einer den ersten Rampenabschnitt in der zweiten Axialrichtung abgrenzenden Kanalwand und dass sich die Abgreifermittel bei einer Verstellbewegung des Stellgliedes aus der von der vorgenannten Schaltanschlagsposition definierten Verstellposition in eine von in der Verdrehrichtung folgenden Anschlagsposition definierten Verstellposition in der ersten Axialrichtung an dem zweiten Rampenabschnitt, vorzugsweise an einer den zweiten Rampenabschnitt in der ersten Axialrichtung begrenzenden Kanalwand, abstützen.
Im Hinblick auf die Ausbildung der Schaltanschlagsposition gibt es unterschiedliche Möglichkeiten. Bevorzugt werden diese von einem Wendebereich im Kanalsteigungsverlauf gebildet, d.h. von einem Bereich, in dem sich die Richtung der Kanalsteigung von der zweiten Axialrichtung in die erste Axialrichtung ändert.
Im Hinblick auf die konkrete Ausgestaltung der von dem Kanal definierten Anschlagspositionen gibt es unterschiedliche Möglichkeiten. So kann zumindest eine Anschlagsposition von einem axialen Endabschnitt eines Axialkanalabschnittes des Kanals gebildet sein und/oder zumindest eine der Anschlagspositionen kann von einem Wendebereich im Kanalsteigungsverlauf gebildet sein, also von einem Bereich, in dem die Kanalsteigung von einer Neigung in die erste Axialrichtung in eine Neigung in die zweite Axialrichtung wechselt.
Auch gibt es Möglichkeiten in der Variation der Axialpositionen der Schaltanschlagspositionen. Für die meisten Anwendungen vorteilhaft ist eine Ausführungsvariante, bei der sämtliche Schaltanschlagspositionen der Führung auf der gleichen Führungsaxialposition angeordnet sind – alternativ ist es jedoch denkbar, dass mindestens zwei Schaltanschlagspositionen auf unterschiedlichen Axialpositionen der Führung angeordnet sind und somit das Stellglied bei in den Schaltanschlagspositionen befindlichen Abgreifermitteln unterschiedliche Axialpositionen in der zweiten Axialrichtung einnehmen können. Für den Fall der Anordnung sämtlicher Anschlagspositionen der Führung auf derselben Führungsaxialposition sind diese bevorzugt so positioniert, dass bei in diesen Schaltanschlagspositionen befindlichen Abgreifermitteln das Stellglied an dem Kern anliegt oder alternativ nur (noch) über einen minimalen Restluftspalt von dem Kern beabstandet ist.
Um zu gewährleisten, dass das Stellglied durch Wechselwirkung der Abgreifermittel mit dem Kanal immer nur in eine einzige Verdrehrichtung verstellt wird, ist weiterbildungsgemäß vorgesehen, dass sich jeweils zwei in Umfangsrichtung benachbarte Rampenabschnitte, insbesondere den Kanal auf unterschiedlichen Axialseiten begrenzende Axialwände der in der Verdrehrichtung aufeinanderfolgenden Rampenabschnitte in der Umfangsrichtung überlappend angeordnet sind, derart, dass sich das Stellglied bei einer an einer Schaltanschlagsposition befindlichen Abgreifermitteln und Kraftbeaufschlagung des Stellgliedes in die erste Axialrichtung in dieselbe Verdrehrichtung bewegt wird, wie bei in einer der Anschlagspositionen befindlichen Abgreifermitteln und Kraftbeaufschlagung des Stellgliedes in die zweite Axialrichtung. Durch die Überlappung in der Verdrehrichtung wird gewährleistet, dass das Stellglied immer nur in eine einzige Verdrehrichtung verdreht wird – unabhängig von dem Rampenabschnitt, an dem sich die Abgreifermittel gerade axial abstützen.
Wie eingangs erwähnt ist es besonders bevorzugt, wenn das Stellglied in die erste Axialrichtung federkraftbeaufschlagt ist, und zwar mittels einer Rückstellfeder, die einer auf die Ankereinrichtung wirkenden Magnetkraft bei Bestromung der elektromagnetischen Wicklung entgegengerichtet ist.
Besonders zweckmäßig ist es, wenn die Verstellbewegung des Stellgliedes aus zumindest einer der Verstellposition, vorzugsweise aus einer einzigen der Verstellpositionen in die zweite Axialrichtung von einem externen Stellpartner ausgelöst bzw. aktiviert wird, der mechanisch mit Stößelmitteln der Stellvorrichtung zusammenwirkt. Die Stößelmittel können von dem, vorzugsweise von der Ankereinheit gebildeten Stellglied gebildet werden oder es handelt sich um von dem Stellglied separate Stößelmittel, die vorzugsweise dann so mit dem Stellglied gekoppelt sind, dass die Stößelmittel zusammen mit dem Stellglied axial verstellt werden können. Denkbar ist auch eine Ausführungsform, bei der das Stellglied, wie eingangs erwähnt, nicht von der Ankereinheit gebildet ist und trotzdem das Stellglied die Stößelmittel bildet oder zusätzlich zu dem Stellglied ein Stößel zur Ausbildung der Stößelmittel vorgesehen ist.
Die Stößelmittel können mit dem Stellglied fest verbunden sein, einteilig mit diesem ausgebildet sein oder vollständig von diesem lösbar bzw. separat sein. Wesentlich ist, dass sie bei der Verstellbewegung zumindest zeitweise so miteinander in Kontakt treten, dass sie eine Kraft in axialer Richtung übertragen können.
Im Rahmen der Anwendung in einer Nockenwellen-Verstelleinheit ist es bevorzugt, wenn ein Teil des Verstellhubes aus einer von einer Anschlagsposition definierten Verstellposition in die zweite Axialrichtung durch mechanische Kraftbeaufschlagung mittelbar oder unmittelbar auf das Stellglied überwunden wird, wobei dieser mechanisch aktuierte Verstellhub vorzugsweise größer ist als ein weiterer Verstellhub dieser Verstellbewegung, der von einem maximal elektromagnetisch bewirkten Bewegungshub gebildet ist. Bevorzugt überlappen der erste Verstellhub und der zweite Verstellhub in axialer Richtung, so dass das Stellglied bzw. die Ankereinheit durch mechanische Kraftbeaufschlagung in den Wirkungsbereich der bestromten Wicklung hineinverstellt wird und zumindest ein letzter Wegabschnitt durch elektromagnetische Kraftbeaufschlagung überwunden oder zumindest elektromagnetisch unterstützt wird. Bevorzugt ist eine der Verstellpositionen und damit eine der Anschlagspositionen so relativ zu der Spuleneinheit angeordnet, dass die axiale Verstellbewegung in der zweiten Axialrichtung aus dieser Verstellposition bis zu einer in der zweiten Axialrichtung begrenzten Verstellposition, die von einer Schaltanschlagsposition definiert ist, so gewählt, dass diese axiale Verstellbewegung ausschließlich elektromagnetisch durch Bestromen der Spuleneinheit, genauer der Wicklung der Spuleneinheit bewirkt werden kann.
In einem System mit einer vorbeschriebenen elektromagnetischen Stellvorrichtung sowie einem eine Nockenwellen-Stellnut eines Verbrennungsmotors aufweisenden Aggregat als Stellpartner, das mit der elektromagnetischen Stellvorrichtung zusammenwirkt, kann die Bewegung der Stellnut die Stellbewegung des Stellgliedes aus einer der Anschlagspositionen in eine in der einzigen Verdrehrichtung folgende Schaltanschlagsposition ganz oder teilweise bewirken.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele sowie anhand der Zeichnungen, diese zeigen in:
1: eine abgewickelte Darstellung eines Kanals von Kulissenführungsmitteln, wie diese beispielsweise in einer in 2 gezeigten Stellvorrichtung zum Einsatz kommt, und
2: eine elektromagnetische Stellvorrichtung mit einem in 1 gezeigten Kanal umfassenden Kulissenmitteln.
In den Figuren sind gleiche Elemente und Elemente mit der gleichen Funktion mit den gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet.
In 2 ist stark schematisiert ein Nockenwellenverstellsystem, im Folgenden System 1 gezeigt. Dieses umfasst eine elektromagnetische Stellvorrichtung 2 sowie einen externen Stellpartner 3, hier umfassend eine Nockenwellen-Stellnut 4, die mit Stößelmitteln der Stellvorrichtung 2, welche in dem konkreten Ausführungsbeispiel von einer Ankereinheit 5 gebildet sind zusammenwirken.
Die elektromagnetische Stellvorrichtung 2 umfasst eine axial verstellbare Ankereinheit 5, die in dem gezeigten Ausführungsbeispiel gleichzeitig ein Stellglied 6 bildet, welchem unmittelbar Kulissenmittel 7 zugeordnet sind. Alternativ können Ankereinheit 5 und Stellglied 6 auch separat voneinander ausgebildet sein. Auch ist es denkbar, dass zusätzlich zur Ankereinheit 5 und/oder einem von dieser gebildeten oder von dieser separaten Stellglied 6 ein separater Stößel vorgesehen ist zur unmittelbaren Wechselwirkung mit dem Stellpartner 3.
Wie sich aus 2 ergibt, ist die Ankereinheit 5 (in Abhängigkeit von deren momentaner Axialposition) und damit das von ihr gebildete Stellglied 6 durch Bestromen einer Wicklung 18 einer Spuleneinheit 8 in Richtung einer zweiten Axialrichtung 9 entlang einer Verstellachse auf einen Kern 10 hin verstellbar. In die entgegengesetzte erste Axialrichtung 11 ist das Stellglied 6 in dem gezeigten Ausführungsbeispiel federkraftbelastet über eine Rückstellfeder 12.
Bei dem gezeigten System 1 ist typisch, dass ein Gesamtverstellhub aus einer maximal ausgefahrenen Position des Stößels bzw. des Stellgliedes 6 in eine in der zweiten Axialrichtung 9 gelegene, von einer später noch zu erläuternden Schaltanschlagsposition definierte axiale Extremposition aufgrund einer entsprechenden Dimensionierung des magnetischen Flusskreises nicht ausschließlich aufgrund der wirkenden elektromagnetischen Kräfte überwunden werden kann. Vielmehr muss zunächst ein erster Verstellhub aufgrund der Wechselwirkung des Stellgliedes 6 mit Stellnut 4 überwunden werden, bis die Ankereinheit 5 in den Wirkbereich der Wicklung 8 gelangt und zumindest ein letzter Hubabschnitt elektromagnetisch bewirkt oder zumindest unterstützt werden kann.
Die in 2 dargestellten und in 1 im Detail in einer Abwicklung gezeigten Kulissenmittel 7 umfassen hier beispielhaft und bevorzugt als Kugel ausgebildete Abgreifermittel 13 sowie einen umfangsgeschlossenen Kanal 14 als Führung, wobei die Abgreifermittel 13 radial in den Kanal 14 eingreifen und sich je nach Relativposition axial an einer in der Zeichnungsebene unteren oder oberen Kanalwand 19, 20 des Kanals 14 abstützen. Die Abgreifermittel 13 können beispielsweise in einer Mulde einer äußeren Stellgliedführung 15 festgelegt sein und mit dem in das Stellglied 6 eingebrachten Kanal 14 zusammenwirken. Ebenso ist eine alternative Konfiguration denkbar, dass die Abgreifermittel 13 am Stellglied 6 festgelegt sind und mit dem dann in der Stellgliedführung 15 vorgesehenen Kanal 14 zusammenwirken – gezeigt ist hier beispielhaft die erste Variante. Denkbar ist es auch grundsätzlich, dass die Abgreifermittel 13 von radial innen in einem dann hohlen Stellglied 6 eingebrachten Kanal 14 eingreifen oder von radial außen in einen Kanal in einem in dem Stellglied 6 aufgenommenen Bauteil (nicht gezeigt).
Zu erkennen ist aus 1, dass der zumindest abschnittsweise zickzackförmig verlaufende Kanal 14 zwei axial beabstandete Anschlagspositionen A₁ und A₂ definiert, die in einer einzigen Verdrehrichtung V des Stellgliedes 6 um die Verstellachse beabstandet sind. In dem gezeigten Ausführungsbeispiel definiert die Verstellposition A₂ eine maximal ausgefahrene Position des Stellgliedes 6 bzw. eines ggf. mit dem Stellglied 6 verstellten Stößels, während die Anschlagsposition A₁ eine eingefahrene Position definiert.
Zu erkennen ist, dass in der Verdrehrichtung V betrachtet zwischen den Anschlagspositionen A₁ und A₂ für die Abgreifermittel 13 zwei Rampenabschnitte vorgesehen sind, nämlich ein erster Rampenabschnitt 16, der in die zweite Axialrichtung 9 geneigt ist und ein in der Verdrehrichtung V darauffolgender zweiter Rampenabschnitt 17, der in die entgegengesetzte, erste Axialrichtung 9 geneigt ist.
Zwischen den Rampenabschnitten 16, 17 befindet sich eine Schaltanschlagsposition S₁, die die Verstellbewegung des Stellgliedes 6 in der zweiten Axialrichtung 9 begrenzt.
Ferner befindet sich in der Verdrehrichtung V zwischen der Anschlagsposition A₂ und der Anschlagsposition A₁ wieder ein erster und ein zweiter Rampenabschnitt 16, 17, die zwischen sich eine zweite Schaltanschlagsposition S₂ begrenzen. Im konkreten Ausführungsbeispiel finden sich die beiden Schaltanschlagspositionen S₁, S₂ auf der gleichen Axialposition der Führung.
Die Anschlagsposition A₁ ist so positioniert, dass das Stellglied 6 ausschließlich durch Bestromung der Wicklung 8 hin zu einer Verstellposition in die zweite Axialrichtung verstellbar ist, die von der ersten Schaltanschlagsposition S₁ definiert ist. Dahingegen ist die zweite Anschlagsposition A₂ so weit axial von der Wicklung 8 beabstandet, dass das Stellglied 6, um bei in der zweiten Anschlagsposition A₂ befindlichen Abgreifermitteln 13 in eine von der zweiten Schaltanschlagsposition S₂ definierte Verstellposition in Richtung Kern 10 verstellt zu werden zunächst mechanisch durch Wechselwirkung mit einem externen Stellpartner 3 angetrieben werden muss, um in den Wirkbereich der Wicklung 8 zu gelangen.
Während einer Verstellbewegung des Stellgliedes 6 von einer von der ersten Anschlagsposition A₁ definierten Verstellposition in die von der ersten Schaltanschlagsposition S₁ definierte Verstellposition stützen sich die Abgreifermittel 13 an der in der Zeichnungsebene oberen, d.h. den Kanal 14 bzw. den ersten Rampenabschnitt (16) in der zweiten Axialrichtung 9 begrenzenden Kanalwand 19 ab, während sich die Abgreifermittel 13 bei ihrem Weg von der Schaltanschlagsposition S₁ zur zweiten Anschlagsposition A₂ an einer den Kanal 14 bzw. den zweiten Rampenabschnitt (17) in der ersten Axialrichtung 11 begrenzenden Kanalwand 20 abstützen.
Aus 1 ist weiter zu erkennen, dass sich in der Verdrehrichtung V betrachtet die Kanalwand 19 und die Kanalwand 20 überlappen, und zwar um ein Überlappmaß U, um zu gewährleisten, dass bei einem Lastwechsel in der Schaltanschlagsposition S₁ das Stellglied 6 in die Verdrehrichtung V weiter verdreht wird.
Zu erkennen ist weiterhin, dass die Anschlagsposition A₂ von einem geraden Axialabschnitt 21 des Kanals 14 gebildet ist, während hier beispielhaft die Anschlagsposition A₁ von einem Wendebereich von einem zweiten Rampenabschnitt 17 zu einem ersten Rampenabschnitt 16 gebildet wird.
Bezugszeichenliste

1: System
2: elektromagnetische Stelllvorrichtung
3: Stellpartner
4: Stellnut
5: Ankereinheit
6: Stellglied (entspricht im Ausführungsbeispiel der Ankereinheit)
7: Kulissenmittel
8: Spuleneinheit
9: zweite Axialrichtung
10: Kern
11: erste Axialrichtung
12: Rückstellfeder
13: Abgreifermittel
14: Kanal
15: Stellgliedführung
16: erster Rampenabschnitt (E)
17: zweiter Rampenabschnitt
18: Wicklung
19: Kanalwand
20: Kanalwand
21: Axialabschnitt
A₁: erste Anschlagsposition
A₂: zweite Anschlagsposition
S₁: erste Schaltanschlagsposition
S₂: zweite Schaltanschlagsposition
V: einzige Verdrehrichtung
U: Überlappungsmaß

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 20114466 U1 [0002]
DE 102005056435 B4 [0005]

Claims

Elektromagnetische Stellvorrichtung (2) mit einem durch Bestromen einer stationären Spuleneinheit um einen Bewegungshub axial entlang einer sich in eine erste Axialrichtung und in einer entgegengesetzten zweiten Axialrichtung erstreckenden Verstellachse verstellbaren, von einer Ankereinheit (5) oder einem von einer Ankereinheit (5) antreibbaren Stellelement gebildeten Stellglied (6), welchem Kulissenmittel (7) so zugeordnet sind, dass das Stellglied (6) in mindestens zwei axial entlang der Verstellachse voneinander beabstandeten, vorzugsweise jeweils stromlos, stabilen, Verstellpositionen gehalten werden kann, die jeweils von einer Anschlagsposition (A₁, A₂) der Kulissenmittel (7) definiert sind, die die axiale Verstellbewegung des Stellgliedes (6) in die erste Axialrichtung (11) begrenzen, wobei die Kulissenmittel (7) bei abwechselnder Kraftbeaufschlagung des Stellgliedes (6) in die zwei entgegensetzten Axialrichtungen (11, 9) eine Verdrehung des Stellgliedes (6) ausschließlich in eine einzige Verdrehrichtung (V) um die Verstellachse sowie eine axiale Verstellung des Stellgliedes (6) von einer der Verstellpositionen in eine in der Verdrehrichtung folgende der Verstellpositionen bewirken, und wobei die Kulissenmittel (7) eine Führung sowie mit der Führung zusammenwirkende Abgreifermittel (13) umfassen, dadurch gekennzeichnet, dass die Führung einen umlaufenden Kanal (14) umfasst, der jeweils in Umfangsrichtung aufeinanderfolgende der Anschlagspositionen (A₁, A₂) über zwei in der einzigen Verdrehrichtung (V) betrachtet in unterschiedliche Axialrichtungen geneigte Rampenabschnitte (16, 17) verbindet und dass zwischen diesen Rampenabschnitten (16, 17) eine Schaltanschlagsposition (S₁, S₂) ausgebildet ist, die eine die Verstellbewegung des Stellgliedes (6) in die zweite Axialrichtung (9) begrenzende Verstellposition definiert und dass die Abgreifermittel (13) in radialer Richtung in den Kanal (14) eingreifen und durch Wechselwirkung mit dem ersten und zweiten Rampenabschnitt (16, 17) des Kanals (14) die Verdrehbewegung in die einzige Verdrehrichtung (V) bewirken.
Elektromagnetische Stellvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Abgreifermittel (13) an dem Stellglied (6) festgelegt oder von diesem gebildet sind und der Kanal (14) radial benachbart zu dem Stellglied (6) und ortsfest relativ zu der Spuleneinheit (8) angeordnet ist, oder dass die Führung an dem Stellglied (6) ausgebildet ist und die Abgreifermittel (13) radial benachbart zu dem Stellglied (6) und ortsfest relativ zu der Wicklung (8) angeordnet sind.
Elektromagnetische Stellvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Abgreifermittel (13) bei einer Verstellbewegung des Stellgliedes (6) in der zweiten Axialrichtung (9) aus einer von einer der Anschlagspositionen (A₁, A₂) definierten Verstellposition in eine von der in der Verdrehrichtung folgenden Schaltanschlagsposition (S₁, S₂) definierten und axial beabstandeten Verstellposition an dem ersten Rampenabschnitt (16), vorzugsweise an einer den Kanal (14) in der zweiten Axialrichtung (9) begrenzenden Kanalwand (19) abstützen, und dass sich die Abgreifermittel (13) bei einer Verstellbewegung des Stellgliedes (6) in der ersten Axialrichtung (11) aus der von der vorgenannten Schaltanschlagspositionen (S₁, S₂) definierten Verstellposition in eine von der in der Verdrehrichtung folgenden Anschlagsposition (A₁, A₂) definierten und axial beabstandeten Verstellposition an dem zweiten Rampenabschnitt (17), vorzugsweise an einer den Kanal (14) in der ersten Axialrichtung (11) begrenzenden Kanalwand (20), abstützen.
Elektromagnetische Stellvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltanschlagspositionen (S₁, S₂) Wendebereiche im Kanalsteigungsverlauf sind.
Elektromagnetische Stellvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine der Anschlagspositionen (A₁, A₂) von einem axialen Endabschnitt eines axialen Kanalabschnittes (21) des Kanals (14) gebildet ist und/oder dass zumindest eine der Anschlagspositionen (A₁, A₂) von einem Wendebereich im Kanalsteigungsverlauf gebildet ist.
Elektromagnetische Stellvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sämtliche Schaltanschlagspositionen (S₁, S₂) der Führung auf der gleichen Führungsaxialposition angeordnet sind, oder dass mindestens zwei Schaltanschlagspositionen (S₁, S₂) auf unterschiedlichen Axialpositionen der Führung angeordnet sind.
Elektromagnetische Stellvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sich zwei in Umfangsrichtung aufeinanderfolgende Rampenabschnitte, (16, 17), insbesondere den Kanal (14) auf unterschiedlichen Axialseiten begrenzende Kanalwände (19, 20), in Umfangsrichtung um ein Überlappungsmaß (U) überlappen, so dass das Stellglied (6) bei an einer Schaltanschlagsposition (S₁, S₂) befindlichen Abgreifermitteln (13) und Kraftbeaufschlagung des Stellgliedes (6) in die erste Axialrichtung (11) in dieselbe Verdrehrichtung geführt wird, wie bei in einer der Anschlagspositionen (A₁, A₂) befindlichen Abgreifermitteln (13) und Kraftbeaufschlagung des Stellgliedes (6) in die zweite Axialrichtung (9).
Elektromagnetische Stellvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine das Stellglied (6) in die erste Axialrichtung (11) federkraftbeaufschlagende Rückstellfeder (12) vorgesehen ist, entgegen deren Federkraft das Stellglied (6) durch Bestromen der Wicklung (8) in die zweite Axialrichtung (9) verstellbar ist.
Elektromagnetische Stellvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass von dem Stellglied (6) oder einem zusätzlich zu dem Stellglied (6) vorgesehen Stößel gebildete Stößelmittel vorgesehen sind, ausgebildet zum Zusammenwirken mit einem externen Stellpartner, insbesondere Stellelement einer Nockenwellen-Verstelleinheit.
Elektromagnetische Stellvorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass ein Verstellhub des Stellgliedes (6) aus einer der Verstellpositionen in die zweite Axialrichtung (9), insbesondere bis zum Erreichen der in Umfangsrichtung folgenden der Schaltanschlagspositionen, einen ersten Verstellhub umfasst, der durch Beaufschlagung der Stößelmittel mit einer externen Kraft überwindbar ist, und einen zweiten Verstellhub, der vorzugsweise geringer ist als der erste Stellhub, der von einem maximal elektromagnetisch bewirkten Bewegungshub gebildet ist, und/oder dass ein Verstellhub des Stellgliedes aus einer anderen der Verstellposition in die zweite Axialrichtung (9), insbesondere bis zum Erreichen der in der Verdrehrichtung folgenden Schaltanschlagsposition ausschließlich elektromagnetisch durch Bestromung der Spuleneinheit (8) bewirkbar ist.
Verwendung einer elektromagnetischen Stellvorrichtung (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche zur Nockenwellenverstellung eines Verbrennungsmotors, wobei eine Nockenwellen-Stellnut des Verbrennungsmotors einen externen Stellpartner realisiert.
System umfassend eine elektromagnetische Stellvorrichtung (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 10, sowie ein eine Nockenwellen-Stellnut (4) eines Verbrennungsmotors aufweisendes Aggregat als Stellpartner zum Zusammenwirken mit der elektromagnetischen Stellvorrichtung (2), wobei das System (1) so ausgebildet ist, dass eine Bewegung der Stellnut (4) die Verstellbewegung des Stellgliedes (6) aus einer der von einer der Anschlagspositionen (A₁, A₂) definierten Verstellposition heraus in die zweite Axialrichtung (9) bewirken kann.