DE102017009190A1

DE102017009190A1 - Elektromagnetischer Aktor, insbesondere für ein Fahrzeug, Verwendung eines solchen elektromagnetischen Aktors, sowie Ventiltrieb für eine Verbrennungskraftmaschine

Info

Publication number: DE102017009190A1
Application number: DE102017009190.0A
Authority: DE
Inventors: Markus Reiff; Thomas Stolk; Alexander von Gaisberg-Helfenberg
Original assignee: Daimler AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 2017-10-02
Filing date: 2017-10-02
Publication date: 2019-04-04

Abstract

Die Erfindung betrifft einen elektromagnetischen Aktor (10), insbesondere für ein Fahrzeug, mit wenigstens einer mit elektrischem Strom versorgbaren Spule (12), mit wenigstens einem Joch (14), mit wenigstens einem ersten Anker (16), welcher mittels eines mittels der Spule (12) bereitgestellten ersten Magnetfelds relativ zu dem Joch (14) aus wenigstens einer ersten Stellung in wenigstens eine zweite Stellung bewegbar ist, und mit wenigstens einem zweiten Anker (20), welcher mittels eines mittels der Spule (12) bereitgestellten zweiten Magnetfelds relativ zu dem Joch (14) und relativ zu dem ersten Anker (16) aus wenigstens einer dritten Stellung in wenigstens eine vierte Stellung bewegbar ist, wobei bei sukzessiver Erhöhung des die Spule (12) durchfließenden elektrischen Stroms ein erster magnetischer Kreis (44) über den ersten Anker (16) vor einem zweiten magnetischen Kreis (46) über den zweiten Anker (20) in magnetische Sättigung kommt.

Description

Die Erfindung betrifft einen elektromagnetischen Aktor, insbesondere für ein Fahrzeug, gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1. Ferner betrifft die Erfindung eine Verwendung eines solchen elektromagnetischen Aktors gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 9. Außerdem betrifft die Erfindung einen Ventiltrieb für eine Verbrennungskraftmaschine gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 10.
Ein solcher elektromagnetischer Aktor, insbesondere für ein Fahrzeug, ist beispielsweise bereits der WO 2009/106080 A1 als bekannt zu entnehmen. Der elektromagnetische Aktor umfasst dabei wenigstens eine mit elektrischem Strom beziehungsweise elektrischer Energie versorgbare Spule, wobei der elektrische Strom, mit welchem die Spule versorgt wird, durch die Spule fließen kann. Außerdem umfasst der elektromagnetische Aktor wenigstens ein Joch und wenigstens einen ersten Anker, welcher mittels eines mittels der Spule bereitgestellten ersten Magnetfelds relativ zu dem Joch aus wenigstens einer ersten Stellung in wenigstens eine zweite Stellung, insbesondere translatorisch, bewegbar ist. Außerdem umfasst der elektromagnetische Aktor wenigstens einen zweiten Anker, welcher, insbesondere nach der Bewegung des ersten Ankers in die zweite Stellung und während sich der erste Anker in der zweiten Stellung befindet, mittels eines mittels der Spule bereitgestellten zweiten Magnetfelds relativ zu dem Joch und relativ zu dem ersten Anker aus wenigstens einer dritten Stellung in wenigstens eine vierte Stellung bewegbar ist. Das Joch ist somit bezogen auf die Anker ein Stator, da die Anker relativ zu dem Joch, insbesondere translatorisch, bewegbar sind.
Des Weiteren sind Ventiltriebe für Verbrennungskraftmaschinen, insbesondere von Kraftfahrzeugen, aus dem allgemeinen Stand der Technik und insbesondere aus dem Serienfahrzeugbau bereits hinlänglich bekannt. Ein solcher Ventiltrieb weist wenigstens eine Nockenwelle auf, mittels welcher beispielsweise wenigstens ein Gaswechselventil betätigbar ist. Außerdem ist ein von der Nockenwelle antreibbares und dadurch beispielsweise zusammen mit der Nockenwelle um eine Drehachse drehbares Nockenelement vorgesehen, welches einen ersten Nocken zum Bewirken eines ersten Hubs des Gaswechselventils und wenigstens einen zweiten Nocken zum Bewirken eines von dem ersten Hub unterschiedlichen zweiten Hubs desselben Gaswechselventils aufweist. Außerdem ist ein Aktor vorgesehen, mittels welchem das Nockenelement in axialer Richtung der Nockenwelle relativ zu dieser aus einer ersten Stellung zum Bewirken des ersten Hubs in eine zweite Stellung zum Bewirken des zweiten Hubs bewegbar ist. Dadurch kann mittels des Nockenelements und mittels des Aktors eine Hubumschaltung bewirkt werden, in dessen Rahmen das Nockenelement beispielsweise aus der ersten Stellung in die zweite Stellung beziehungsweise aus der zweiten Stellung in die erste Stellung bewegt wird. Infolge der Hubumschaltung wird beispielsweise von einem der Hübe auf den anderen Hub umgeschaltet.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einem elektromagnetischen Aktor, eine Verwendung eines solchen elektromagnetischen Aktors sowie einen Ventiltrieb zu schaffen, sodass sich eine besonders vorteilhafte Betätigung auf besonders kosten-, gewichts- und bauraumgünstige Weise realisieren lässt.
Diese Aufgabe wird durch einen elektromagnetischen Aktor mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1, durch eine Verwendung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 9 sowie durch einen Ventiltrieb mit den Merkmalen des Patentanspruchs 10 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen Weiterbildungen der Erfindung sind in den übrigen Ansprüchen angegeben.
Um einen elektromagnetischen Aktor der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Art derart weiterzuentwickeln, dass sich eine besonders vorteilhafte Betätigung, insbesondere der Anker, auf besonders gewichts-, kosten- und bauraumgünstige Weise realisieren lässt, ist es erfindungsgemäß vorgesehen, dass sich bei sukzessiver Erhöhung des die Spule durchfließenden elektrischen Stroms ein erster magnetischer Kreis über den ersten Anker ausbildet, der vor einem zweiten magnetischen Kreis über den zweiten Anker in magnetische Sättigung kommt.
Dies kann dadurch erreicht werden, dass das Joch einen Steg und zwei voneinander beabstandete, über den Steg miteinander verbundene und von dem Steg abstehende erste Arme aufweist. Die ersten Arme bilden somit beispielsweise ein erstes Armpaar des Jochs. Außerdem weist das Joch eine Aufnahme auf, welche durch die ersten Arme und einen zwischen den ersten Armen verlaufenden Längenbereich des Stegs begrenzt beziehungsweise gebildet ist. Dabei ist die auch als Wicklung bezeichnete Spule um den genannten Längenbereich des Stegs gewickelt, wobei die Spule zumindest teilweise in der Aufnahme angeordnet ist. Die Spule weist beispielsweise eine Durchgangsöffnung auf beziehungsweise begrenzt eine solche Durchgangsöffnung, wobei die Durchgangsöffnung beispielsweise durch, den genannten Längenbereich durchdrungen ist. Somit ist beispielsweise die Spule auf dem Längenbereich angeordnet und an dem Längenbereich und somit an dem Joch gehalten.
Das Joch weist außerdem zwei voneinander beabstandete und jeweils von den ersten Armen beabstandete zweite Arme auf, welche beispielsweise ein zweites Armpaar bilden. Die zweiten Arme sind über den Steg miteinander verbunden und stehen von dem Steg ab. Dabei ist das Joch derart ausgebildet, dass sich bei sukzessiver Erhöhung des die Spule durchfließenden elektrischen Stroms ein erster magnetischer Kreis über den Längenbereich, die ersten Arme und den ersten Anker und ein zweiter magnetischer Kreis über den Steg, die zweiten Arme und den zweiten Anker ausbildet, wobei bei dieser sukzessiven Erhöhung des die Spule durchfließenden elektrischen Stroms der erste magnetische Kreis zeitlich vor dem zweiten magnetischen Kreis in magnetische Sättigung kommt. Mittels des elektromagnetischen Aktors beziehungsweise mittels des Jochs ist es möglich, auf besonders einfache, gewichts-, kosten- und bauraumgünstige Weise eine besonders vorteilhafte Betätigung, insbesondere Bewegung, der Anker zu bewirken. Insbesondere ist es möglich, mittels der einen Spule die Anker nacheinander zu bewegen und dadurch mittels der einen Spule und mittels des einen Jochs mehrere Funktionen erfüllen zu können.
Üblicherweise kann mittels eines elektromagnetischen Aktors nur genau eine Funktion realisiert werden, da üblicherweise nur genau eine Bewegung eines Ankers bewirkbar ist. Wird somit herkömmlicherweise gewünscht, mehrere Funktionen zu erfüllen, so sind üblicherweise mehrere elektromagnetische Aktoren und somit mehrere Joche und Spulen erforderlich, was zu einer hohen Teileanzahl und somit zu einem hohen Gewicht, zu einem hohen Bauraumbedarf und zu hohen Kosten führt. Diese Probleme und Nachteile können nun mittels des erfindungsgemäßen elektromagnetischen Aktors vermieden werden.
Bei dem erfindungsgemäßen elektromagnetischen Aktor können beispielsweise die genannten magnetischen Kreise mittels der einen Spule bewirkt werden und über das eine beziehungsweise dasselbe Joch verlaufen, sodass durch, insbesondere aufeinanderfolgendes, Bewegen der Anker mehrere, unterschiedliche Funktionen auf einfache Weise bewirkt werden können. Insbesondere ist es beispielsweise möglich, durch Bewegen des ersten Ankers eine erste Bewegung eines Bauelements zu bewirken. Durch Bewegen des zweiten Ankers kann beispielsweise eine zweite Bewegung des Bauelements bewirkt werden. Insbesondere ist der zweite Anker nach Bewegen des ersten Ankers und während der erste Anker in der zweiten Stellung verbleibt, mittels des zweiten Magnetfelds bewegbar. Insbesondere ist der erste Anker relativ zu dem zweiten Anker aus der ersten Stellung in die zweite Stellung bewegbar, wobei der zweite Anker relativ zu dem ersten Anker aus der dritten Stellung in die vierte Stellung bewegbar ist.
Als besonders vorteilhaft hat es sich gezeigt, wenn die ersten Arme jeweilige Längserstreckungsrichtungen aufweisen, welche parallel zueinander und senkrecht zu einer gemeinsamen Ebene verlaufen. Dadurch kann der Bauraumbedarf besonders gering gehalten werden.
Als weiterhin besonders vorteilhaft hat es sich gezeigt, wenn die zweiten Arme jeweilige Längserstreckungsrichtungen aufweisen, welche parallel zueinander und senkrecht zu einer gemeinsamen Ebene verlaufen. Dadurch kann ein besonders kompakter Aufbau des elektromagnetischen Aktors dargestellt werden.
Um den Bauraumbedarf des erfindungsgemäßen elektromagnetischen Aktors besonders gering halten zu können, ist es in weiterer Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, dass die Längserstreckungsrichtungen der ersten Arme parallel zu den Längserstreckungsrichtungen der zweiten Arme verlaufen, wobei die Längserstreckungsrichtungen sowohl der ersten Arme als auch der zweiten Arme senkrecht zu einer den Längserstreckungsrichtungen der ersten Arme und der zweiten Arme gemeinsamen Ebene verlaufen.
Als besonders vorteilhaft hat es sich gezeigt, wenn die zweiten Arme weiter von dem Steg abstehen als die ersten Arme. Dies bedeutet, dass beispielsweise die ersten Arme eine erste Länge aufweisen, welche in Längserstreckungsrichtung der ersten Arme von jeweiligen freien Enden der ersten Arme bis zu dem Steg verläuft. Die zweiten Arme weisen dabei beispielsweise eine zweite Länge auf, die in Längserstreckungsrichtung der zweiten Arme von jeweiligen freien Enden der zweiten Arme bis zum Steg beziehungsweise Längenbereich verläuft. Dabei ist die erste Länge größer als die zweite Länge. Hierdurch können die Anker besonders vorteilhaft bewegt werden, ohne dass es beispielsweise zu Kollisionen zwischen den Ankern kommt.
Dabei ist es beispielsweise vorgesehen, dass die zweiten Arme die ersten Arme überragen, wodurch ein besonders vorteilhafter Aufbau geschaffen werden kann.
Eine weitere Ausführungsform zeichnet sich dadurch aus, dass bei der durch das erste Magnetfeld bewirkten Bewegung des ersten Ankers eine durch das erste Magnetfeld bewirkte Bewegung des zweiten Ankers unterbleibt. Mit anderen Worten steht beispielsweise vorzugsweise der zweite Anker still, während der erste Anker bewegt wird. Hierdurch können beispielsweise unerwünschte Bewegungen, insbesondere des zuvor genannten Bauelements, vermieden werden. Diese Ausführungsform kann beispielsweise durch entsprechende Dimensionierung des Jochs, insbesondere der ersten Arme in Relation zu den zweiten Armen, realisiert werden, sodass beispielsweise der erste magnetische Kreis bei einer nur geringen Stromstärke des die Spule durchfließenden elektrischen Stroms in Sättigung kommt, wobei beispielsweise der zweite magnetische Kreis erst bei einer demgegenüber wesentlich größeren Stromstärke in Sättigung kommt.
Dabei ist es beispielsweise vorgesehen, dass der erste Anker, welcher auch Primäranker bezeichnet wird, ein geringeres Gewicht beziehungsweise eine geringere Masse als der zweite Anker aufweist, welcher auch als Sekundäranker bezeichnet wird. Alternativ oder zusätzlich kann vorgesehen sein, dass die ersten Arme einen geringeren Querschnitt als die zweiten Arme aufweisen. Mit anderen Worten weisen beispielsweise die ersten Arme einen von dem ersten magnetischen Kreis durchfließbaren ersten Querschnitt auf, wobei die zweiten Arme einen von dem zweiten magnetischen Kreis durchfließbaren zweiten Querschnitt aufweisen. Dabei ist der zweite Querschnitt größer als der erste Querschnitt.
Zur Erfindung gehört auch eine Verwendung des erfindungsgemäßen elektrischen Aktors für einen schaltbaren Ventiltrieb einer Verbrennungskraftmaschine, insbesondere eines Kraftfahrzeugs. Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen elektromagnetischen Aktors sind als Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen der Verwendung anzusehen und umgekehrt.
Als besonders vorteilhaft hat es sich somit gezeigt, den erfindungsgemäßen elektromagnetischen Aktor zu verwenden, um einen Ventiltrieb und dabei insbesondere wenigstens ein Nockenelement zu schalten. Insbesondere kann mittels des elektromagnetischen Aktors besonders vorteilhaft eine Hubumschaltung realisiert werden, in deren Rahmen beispielsweise ein Nockenelement relativ zu einer Nockenwelle, von welcher das Nockenelement antreibbar ist, in axialer Richtung der Nockenwelle mittels des Aktors bewegt wird.
Um schließlich einen Ventiltrieb der im Oberbegriff des Patentanspruchs 10 angegebenen Art derart weiterzuentwickeln, dass eine besonders vorteilhafte und dabei gewichts-, kosten- und bauraumgünstige Betätigung, insbesondere des Nockenelements, realisieren zu können, ist es erfindungsgemäß vorgesehen, dass das Nockenelement wenigstens einen dritten Nocken zum Bewirken eines von dem ersten Hub und von dem zweiten Hub unterschiedlichen dritten Hubs des Gaswechselventils aufweist und in axialer Richtung der Nockenwelle relativ zu der Nockenwelle in eine dritte Stellung zum Bewirken des dritten Hubs bewegbar ist. Mit anderen Worten, befindet sich das Nockenelement in der ersten Stellung, so wird mittels des Nockenelements der erste Hub des Gaswechselventils bewirkt, wobei ein Bewirken des zweiten Hubs und des dritten Hubs unterbleibt. Befindet sich das Nockenelement in der zweiten Stellung, so wird mittels des Nockenelements der zweite Hub des Gaswechselventils bewirkt, wobei ein Bewirken des ersten Hubs und des dritten Hubs unterbleibt. Befindet sich das Nockenelement beispielsweise in der dritten Stellung, so wird mittels des Nockenelements der dritte Hub des Gaswechselventils bewirkt, wobei ein Bewirken des zweiten Hubs und des ersten Hubs unterbleibt.
Außerdem ist es erfindungsgemäß vorgesehen, dass der Aktor des Ventiltriebs als erfindungsgemäßer Aktor ausgebildet ist, wobei das Nockenelement durch Bewegen eines der Anker in die zweite Stellung und durch Bewegen des anderen Ankers in die dritte Stellung bewegbar ist. Hierbei ist es beispielsweise vorgesehen, dass, beispielsweise ausgehend von der ersten Stellung des Nockenelements, das Nockenelement dadurch aus der ersten Stellung in die zweite Stellung bewegbar ist, dass der erste Anker bewegt wird. Durch, insbesondere darauffolgendes, Bewegen des zweiten Ankers wird das Nockenelement beispielsweise aus der zweiten Stellung, insbesondere über die erste Stellung, oder aus der ersten Stellung in die dritte Stellung bewegt. Hierdurch kann auf einfache, kosten-, gewichts- und kostengünstige Weise eine dreistufige Hubumschaltung, insbesondere eine dreistufige Ventilhubumschaltung, realisiert werden, sodass das Gaswechselventil wahlweise und bedarfsgerecht mit dem ersten Hub, mit dem zweiten Hub oder mit dem dritten Hub betrieben werden kann. Insbesondere kann durch die Verwendung des erfindungsgemäßen elektromagnetischen Aktors zum Bewegen des Nockenelements und somit zum Bewirken der Hubumschaltung ein in axialer Richtung der Nockenwelle beziehungsweise des Nockenelements verlaufende Länge des Nockenelements besonders gering gehalten werden. Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Aktors sind als Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Ventiltriebs anzusehen und umgekehrt.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels sowie anhand der Zeichnung. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in den Figuren alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.
Die Zeichnung zeigt in:

1 eine schematische Draufsicht eines erfindungsgemäßen elektromagnetischen Aktors, welcher nach Art eines erweiterten Hufeisenmagneten ausgebildet ist und zwei Anker aufweist, wobei sich ein erster der Anker in einer ersten Stellung und der zweite Anker in einer dritten Stellung befindet;
2 eine schematische Draufsicht des elektromagnetischen Aktors, wobei sich der erste Anker in seiner zweiten Stellung und der zweite Anker noch in seiner dritten Stellung befindet; und
3 eine schematische Draufsicht des elektromagnetischen Aktors, wobei sich der erste Anker in seiner zweiten Stellung und der zweite Anker in seiner vierten Stellung befindet.

In den Fig. sind gleiche oder funktionsgleiche Elemente mit gleichen Bezugszeichen versehen.
1 zeigt in einer schematischen Draufsicht einen im Ganzen mit 10 bezeichneten elektromagnetischen Aktor, welcher beispielsweise nach Art eines erweiterten Hufeisenmagneten ausgebildet ist. Dabei umfasst der elektromagnetische Aktor 10 eine oder mehrere Spulen 12, wobei bei dem in den Fig. veranschaulichten Ausführungsbeispiel der elektromagnetische Aktor 10 genau eine Spule 12 aufweist. Weist der elektromagnetische Aktor 10 mehrere Spulen auf, so können die folgenden und vorigen Ausführungen zur Spule 12 ohne weiteres auch auf die etwaig vorgesehenen anderen Spulen übertragen werden und umgekehrt. Die Spule 12 wird auch als Wicklung bezeichnet und ist beispielsweise aus einem elektrisch leitfähigen Werkstoff, insbesondere aus einem metallischen Werkstoff, gebildet. Beispielsweise ist die Spule 12 aus Kupfer gebildet. Die Spule 12 ist mit elektrischer Energie beziehungsweise elektrischem Strom versorgbar, welche beziehungsweise welcher durch die Spule 12 fließen kann.
Der elektromagnetische Aktor 10 umfasst ferner ein Joch 14, welches auch als Stator oder Statorelement bezeichnet wird. Außerdem umfasst der elektromagnetische Aktor 10 einen ersten Anker 16, welcher auch als Primäranker bezeichnet wird. Der Primäranker ist mittels eines mittels der Spule 12 bereitgestellten beziehungsweise bereitstellbaren ersten Magnetfelds relativ zu dem Joch 14 aus wenigstens einer in 1 gezeigten ersten Stellung in wenigstens eine in 2 und 3 gezeigte zweite Stellung bewegbar. Bei dem in den Fig. veranschaulichten Ausführungsbeispiel ist der erste Anker 16 entlang einer in 1 durch einen Doppelpfeil 18 veranschaulichten Bewegungsrichtung relativ zu dem Joch 14 translatorisch zwischen der ersten Stellung und der zweiten Stellung bewegbar. Durch Bereitstellung des ersten Magnetfelds wird beispielsweise der erste Anker 16 angezogen und dabei in Richtung des Jochs 14 relativ zu diesem bewegt, wobei der Anker 16 beispielsweise in Stützanlage mit dem Joch 14 kommt.
Der elektromagnetische Aktor 10 umfasst ferner einen zweiten Anker 20, welcher, insbesondere nach der Bewegung des ersten Ankers 16 aus der ersten Stellung in die zweite Stellung und während sich der erste Anker 16 in der zweiten Stellung befindet, mittels eines mittels der Spule 12 bereitgestellten beziehungsweise bereitstellbaren zweiten Magnetfelds relativ zu dem Joch 14 und relativ zu dem ersten Anker 16 aus wenigstens einer in 1 und 2 gezeigten dritten Stellung in wenigstens eine in 3 gezeigte vierte Stellung bewegbar ist. Dabei ist der zweite Anker 20, welcher auch als Sekundäranker bezeichnet wird, relativ zu dem Joch 14 entlang einer in 1 durch einen Doppelpfeil 22 veranschaulichten Bewegungsrichtung translatorisch bewegbar, wobei die genannten Bewegungsrichtungen vorliegend zusammenfallen. Aus 1 ist insbesondere erkennbar, dass die Anker 16 und 20 als parallele Anker ausgeführt sind. Beispielsweise wird der zweite Anker 20 mittels des zweiten Magnetfelds beziehungsweise von dem zweiten Magnetfeld angezogen und dabei insbesondere in Richtung des Jochs 14 relativ zu diesem, insbesondere translatorisch, bewegt, sodass beispielsweise der Anker 20 in Stützanlage mit dem Joch 14 kommt.
Um nun eine besonders vorteilhafte Betätigung, insbesondere Bewegung, der Anker 16 und 20 auf besonders bauraum-, gewichts- und kostengünstige Weise realisieren zu können, weist das Joch 14 einen Steg 24 sowie zwei voneinander beabstandete erste Arme 26 auf, welche über den Steg 24 miteinander verbunden sind und von dem Steg 24 insbesondere entlang der zuvor genannten, jeweiligen Bewegungsrichtung abstehen. Dabei bilden die ersten Arme 26 ein erstes Armpaar 28. Außerdem sind die Arme 26 entlang einer in 1 durch einen Doppelpfeil 30 veranschaulichten und senkrecht zur jeweiligen Bewegungsrichtung verlaufenden Richtung voneinander beabstandet. Insbesondere sind die Arme 26 einstückig mit dem Steg 24 ausgebildet. Aus 1 ist dabei erkennbar, dass der Steg 24 einen entlang der genannten Richtung verlaufenden Längenbereich 32 aufweist, welcher sich zwischen ersten Armen 26 erstreckt. Dabei sind die ersten Arme 26 beispielsweise über den Längenbereich 32 miteinander verbunden. Das Joch 14 weist ferner eine Aufnahme 34 auf, welche - insbesondere entlang der Richtung - durch die Arme 26 und - insbesondere entlang der Bewegungsrichtung - durch den Längenbereich 32 begrenzt ist. Insbesondere ist die Aufnahme 34 auf einer dem Anker 16 abgewandten Seite durch den Längenbereich 32 begrenzt, wobei die Aufnahme 34 beispielsweise zu dem Anker 16 hin offen ist. Dabei ist die Spule 12 um den Längenbereich 32 gewickelt und dabei zumindest teilweise in der Aufnahme 34 angeordnet. Insbesondere ist es vorgesehen, dass die ersten Arme 26 die Spule 12 zum Anker 16 hin übertragen, sodass beispielsweise dann, wenn der Anker 16 infolge seiner Bewegung aus der ersten Stellung in die zweite Stellung in Stützanlage mit den Armen 26, insbesondere mit jeweiligen, dem Anker 16 zugewandten Stirnseiten 36 der Arme 26, kommt, nicht in Berührung mit der Spule 12 kommt.
Die Spule 12 weist eine Durchgangsöffnung 38 auf beziehungsweise begrenzt die Durchgangsöffnung 38, wobei der Längenbereich 32 die Durchgangsöffnung 38 durchdringt. Somit ist die Spule 12 auf dem Längenbereich 32 angeordnet und dabei an dem Joch 14 gehalten.
Das Joch 14 weist außerdem zwei voneinander und von den ersten Armen 26 beabstandete zweite Arme 40 auf, welche insbesondere entlang der genannten Richtung voneinander und von den ersten Armen 26 beabstandet angeordnet sind. Dabei sind die ersten Arme 26 zwischen den zweiten Armen 40 angeordnet, welche ein zweites Armpaar 42 bilden. Die Arme 40 sind über den Steg 24 miteinander verbunden und vorzugsweise einstückig mit dem Steg 24 ausgebildet. Ferner stehen die Arme 40, insbesondere entlang der jeweiligen, zuvor genannten Bewegungsrichtung, von dem Steg 24 ab.
Das Joch 14, insbesondere der Steg 24 und die Arme 26 und 40, sind nun derart ausgebildet, dass sich bei sukzessiver Erhöhung des die Spule 12 durchfließenden elektrischen Stroms ein beispielsweise aus 2 erkennbarer erster magnetischer Kreis 44 über den Längenbereich 32, die ersten Arme 26 und den ersten Anker 16 (Primäranker) sowie ein aus 3 erkennbarer zweiter magnetischer Kreis 46 über den Steg 24, die zweiten Arme 40 und den zweiten Anker 20 ausbildet, wobei im Rahmen dieser sukzessiven Erhöhung des die Spule 12 durchfließenden elektrischen Stroms der erste magnetische Kreis 44 zeitlich vor dem zweiten magnetischen Kreis 46 in magnetische Sättigung kommt. Der erste magnetische Kreis 44 beziehungsweise dessen Verlauf über den Längenbereich 32, die Arme 26 und den Anker 16 wird auch als erster Pfad bezeichnet. Der zweite magnetische Kreis 46 beziehungsweise dessen Verlauf über den Steg 24, die Arme 40 und den Anker 20 wird auch als zweiter Pfad bezeichnet. Insgesamt ist erkennbar, dass der Primäranker über den ersten Pfad mit der Spule 12, insbesondere mit deren Kern, verbunden ist, wobei der Kern der Spule 12 beispielsweise durch den Längenbereich 32 gebildet wird. Der Sekundäranker hingegen ist über den zweiten Pfad mit der Spule 12, insbesondere mit deren Kern, verbunden. Dabei ist der erste Pfad kürzer als der zweite Pfad. Ferner ist es vorzugsweise vorgesehen, dass der Primäranker mit einer geringeren Kraft als der Sekundäranker magnetisch angezogen werden kann, da beispielsweise der Primäranker ein geringeres Gewicht beziehungsweise eine geringere Masse als der Sekundäranker aufweist. Der jeweilige Pfad ist ein magnetischer Pfad, wobei der erste magnetische Pfad zum Primäranker vor dem zweiten magnetischen Pfad zum Sekundäranker in magnetische Sättigung geht, da beispielsweise der erste magnetische Pfad mit einem geringeren beziehungsweise kleineren Querschnitt als der zweite magnetische Pfad ausgeführt ist. Insbesondere sind in 2 und 3 durch Richtungspfeile jeweilige Feldlinien des jeweiligen magnetischen Kreises 44 beziehungsweise 46 und somit des jeweiligen Magnetfelds gezeigt, wobei beispielsweise das erste Magnetfeld durch den magnetischen Kreis 44 und das zweite Magnetfeld durch den magnetischen Kreis 46 bewirkt wird.
Wird beispielsweise zunächst eine erste Stromstärke des die Spule 12 durchfließenden elektrischen Stroms eingestellt, wobei die erste Stromstärke beispielsweise 1 Ampere beträgt, so bildet sich beispielsweise der magnetische Kreis 44 aus beziehungsweise der erste magnetische Kreis 44 beginnt in Sättigung zu gehen, insbesondere während eine Bildung des zweiten magnetischen Kreises 46 unterbleibt beziehungsweise während der zweite magnetische Kreis 46 nicht in Sättigung geht. In der Folge wird mittels des ersten magnetischen Kreises 44 und des daraus resultierenden ersten Magnetfelds der Anker 16 aus der ersten Stellung in die zweite Stellung relativ zu dem Joch 14 translatorisch bewegt, insbesondere während eine Bewegung des Sekundärankers unterbleibt, das heißt während sich der Sekundäranker noch in seiner dritten Stellung befindet. Mit anderen Worten wird bei geringer Bestromung der Spule 12 nur der Primäranker, nicht jedoch der Sekundäranker bewegt. Infolge seiner Bewegung aus der dritten Stellung in die vierte Stellung kommt beispielsweise der zweite Anker 20 in Stützanlage mit dem Joch 14, insbesondere mit den zweiten Armen 40 und dabei insbesondere in Stützanlage mit dem zweiten Anker 20 zugewandten, jeweiligen Stirnseiten 43 der zweiten Arme 40.
Wird beispielsweise die Stromstärke des die Spule 12 durchfließenden elektrischen Stroms erhöht, sodass beispielsweise eine gegenüber der ersten Stromstärke größere zweite Stromstärke des die Spule 12 durchfließenden elektrischen Stroms eingestellt wird, wobei beispielsweise die zweite Stromstärke 2 Ampere beträgt, so bildet sich beispielsweise der zweite magnetische Kreis 46 aus beziehungsweise der zweite magnetische Kreis 46 beginnt in Sättigung zu gehen, insbesondere während der erste magnetische Kreis 44 ausgebildet beziehungsweise in Sättigung bleibt. Infolge des Einstellens der zweiten Stromstärke wird der Sekundäranker angezogen und somit aus seiner dritten Stellung in seine vierte Stellung bewegt, insbesondere während eine Bewegung des Primärankers unterbleibt beziehungsweise während der Primäranker in der zweiten Stellung verbleibt.
Hierdurch kann beispielsweise eine insbesondere sukzessive zweistufige Bewegung realisiert werden, wodurch beispielsweise ein in den Fig. nicht dargestelltes Bauelement, insbesondere sukzessive, zweistufig bewegt werden kann. Unter dieser zweistufigen Bewegung ist beispielsweise zu verstehen, dass das Bauelement mittels des Primärankers aus einer fünften Stellung in eine sechste Stellung bewegt werden kann, indem der Primäranker aus der ersten Stellung in die zweite Stellung bewegt wird. Ferner ist es denkbar, das Bauelement, insbesondere aus der fünften oder aus der sechsten Stellung, in eine siebte Stellung zu bewegen, indem beispielsweise der Sekundäranker aus der dritten Stellung in die vierte Stellung bewegt wird. Insgesamt ist erkennbar, dass bei einer gegenüber der zuvor genannten geringen Bestromung der Spule 12 stärkeren Bestromung der Spule 12 auch der Sekundäranker angezogen und dadurch bewegt, das heißt aus der dritten Stellung in die vierte Stellung bewegt wird. Auf diese Weise lässt sich mittels des elektromagnetischen Aktors 10 ein hoher Funktionserfüllungsumfang realisieren, da beispielsweise mittels des einen Jochs 14 und mittels der einen Spule 12 mehrere Funktionen, insbesondere in Form der genannten Bewegungen des Bauelements in die siebte und achte Stellung, realisiert werden können.
Außerdem ist besonders gut aus 1 bis 3 erkennbar, dass die ersten Arme 26 jeweilige, entlang der jeweiligen Bewegungsrichtung verlaufende Längserstreckungsrichtungen aufweisen, welche parallel zueinander und senkrecht zu einer gemeinsamen, gedachten Ebene verlaufen. Auch die zweiten Arme 40 weisen jeweilige, entlang der jeweiligen Bewegungsrichtung verlaufende Längserstreckungsrichtungen auf, welche parallel zueinander und senkrecht zu einer gemeinsamen, gedachten Ebene verlaufen. Dabei verlaufen die Längserstreckungsrichtungen der ersten Arme 26 parallel zu den Längserstreckungsrichtungen der zweiten Arme 40, wobei die Längserstreckungsrichtungen sowohl der ersten Arme 26 als auch der zweiten Arme 40 senkrecht zu einer den Längserstreckungsrichtungen der Arme 26 und 40 gemeinsamen, gedachten Ebene verlaufen. Ferner stehen die zweiten Arme 40 weiter von dem Steg 24 ab als die ersten Arme 26, wobei die zweiten Arme 40 die ersten Arme 26 überragen.
Insbesondere ist es denkbar, den elektromagnetischen Aktor 10 als Aktor beziehungsweise Aktuator für eine dreistufige Ventilhubumschaltung zu verwenden. Hierbei ist das Bauelement beispielsweise ein Nockenelement, welches zwischen der fünften, sechsten und siebten Stellung bewegt werden kann.
Das Nockenelement ist beispielsweise von einer Nockenwelle antreibbar und dadurch um eine Drehachse, insbesondere relativ zu einem Zylinderkopf einer Verbrennungskraftmaschine, drehbar. Insbesondere ist das Nockenelement auf der Nockenwelle angeordnet und dabei in axialer Richtung der Nockenwelle relativ zu dieser verschiebbar, insbesondere zwischen der fünften, sechsten und siebten Stellung. In der fünften Stellung bewirkt das Nockenelement beispielsweise mittels eines ersten Nockens des Nockenelements einen ersten Hub eines Gaswechselventils der Verbrennungskraftmaschine. In der sechsten Stellung bewirkt beispielsweise das Nockenelement mittels eines zweiten Nockens des Nockenelements einen zweiten Hub desselben Gaswechselventils. In der siebten Stellung bewirkt beispielsweise das Nockenelement mittels eines dritten Nockens des Nockenelements einen dritten Hub desselben Gaswechselventils. Dabei unterscheiden sich die Hübe beispielsweise voneinander. Insbesondere ist es denkbar, dass der zweite Hub größer als der erste Hub ist, wobei beispielsweise der dritte Hub größer als der erste Hub und größer als der zweite Hub ist.
Der zweite Hub ist somit beispielsweise ein mittlerer Hub, wobei der jeweilige Hub auch als Ventilhub bezeichnet wird. Wird beispielsweise die Spule 12 nicht oder geringer als die zuvor genannte geringe Bestromung bestromt, so verbleibt das Nockenelement, welches sich beispielsweise zunächst in der fünften Stellung befindet, in der fünften Stellung. Bei der zuvor genannten geringen Bestromung zum Beispiel wird der Primäranker angezogen, wodurch das Nockenelement beispielsweise in eine mit der axialen Richtung der Nockenwelle zusammenfallende erste Richtung relativ zu der Nockenwelle translatorisch bewegt wird, wodurch beispielsweise das Nockenelement aus der fünften Stellung in die sechste Stellung und somit beispielsweise nach links bewegt wird. Bei der zuvor genannten, gegenüber der geringen Bestromung stärkeren Bestromung wird auch der Sekundäranker angezogen, sodass beide Anker 16 und 20 angezogen werden. In der Folge wird beispielsweise das Nockenelement in eine mit der axialen Richtung der Nockenwelle zusammenfallende und der ersten Richtung entgegengesetzte zweite Richtung und somit beispielsweise nach rechts relativ zu der Nockenwelle translatorisch bewegt, wodurch das Nockenelement beispielsweise in die siebte Stellung bewegt wird. Insbesondere wird dabei beispielsweise das Nockenelement aus der sechsten Stellung, insbesondere über die fünfte Stellung, in die siebte Stellung bewegt oder das Nockenelement wird direkt aus der sechsten Stellung in die siebte Stellung bewegt. Die fünfte Stellung ist somit beispielsweise eine Mittel- oder Zwischenstellung, welche in axialer Richtung der Nockenwelle zwischen der sechsten und siebten Stellung liegt.
Durch die Verwendung des elektromagnetischen Aktors 10 zur Hubumschaltung ist es somit möglich, die beschriebene dreistufige Hubumschaltung mit nur einer Spule in Form der Spule 12 zu realisieren, sodass im Vergleich zu herkömmlichen Nockenwellenverstellvorrichtungen Gewicht, Kosten, Bauvolumen, Verkabelungsaufwand und Endstufen in einem Steuergerät eingespart werden können. Dabei ist es insbesondere möglich, dass das Nockenelement von einem Steuergerät frei wählbar in beiden Richtungen geschaltet werden kann.
Bezugszeichenliste

10: elektromagnetischer Aktor
12: Spule
14: Joch
16: erster Anker
18: Doppelpfeil
20: zweiter Anker
22: Doppelpfeil
24: Steg
26: erster Arm
28: erstes Armpaar
30: Doppelpfeil
32: Längenbereich
34: Aufnahme
36: Stirnseite
38: Durchgangsöffnung
40: zweiter Arm
42: zweites Armpaar
43: Stirnseite
44: erster magnetischer Kreis
46: zweiter magnetischer Kreis

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

WO 2009/106080 A1 [0002]

Claims

Elektromagnetischer Aktor (10), insbesondere für ein Fahrzeug, mit wenigstens einer mit elektrischem Strom versorgbaren Spule (12), mit wenigstens einem Joch (14), mit wenigstens einem ersten Anker (16), welcher mittels eines mittels der Spule (12) bereitgestellten ersten Magnetfelds relativ zu dem Joch (14) aus wenigstens einer ersten Stellung in wenigstens eine zweite Stellung bewegbar ist, und mit wenigstens einem zweiten Anker (20), welcher mittels eines mittels der Spule (12) bereitgestellten zweiten Magnetfelds relativ zu dem Joch (14) und relativ zu dem ersten Anker (16) aus wenigstens einer dritten Stellung in wenigstens eine vierte Stellung bewegbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass sich bei sukzessiver Erhöhung des die Spule (12) durchfließenden elektrischen Stroms ein erster magnetischer Kreis (44) über den ersten Anker (16) ausbildet, der vor einem zweiten magnetischen Kreis (46) über den zweiten Anker (20) in magnetische Sättigung kommt.
Elektromagnetischer Aktor (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Joch (14) einen Steg (24), zwei voneinander beabstandete, über den Steg (24) miteinander verbundene und von dem Steg (24) abstehende erste Arme (26), eine durch die ersten Arme (26) und einen zwischen den ersten Armen (26) verlaufenden Längenbereich (32) des Stegs (24) begrenzte Aufnahme (34), in welcher die um den Längenbereich (32) des Stegs (24) gewickelte Spule (12) zumindest teilweise aufgenommen ist, und zwei voneinander und von den ersten Armen (26) beabstandete, über den Steg (24) miteinander verbundene und von dem Steg (24) abstehende zweite Arme (40) aufweist und derart ausgebildet ist, dass sich bei sukzessiver Erhöhung des die Spule (12) durchfließenden elektrischen Stroms der erste magnetische Kreis (44) über den Längenbereich (32), die ersten Arme (26) und den ersten Anker (16) und der zweite magnetische Kreis (46) über den Steg (24), die zweiten Arme (40) und den zweiten Anker (20) ausbildet.
Elektromagnetischer Aktor (10) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die ersten Arme (26) und/oder die zweiten Arme (40) jeweilige Längserstreckungsrichtungen aufweisen, welche parallel zueinander und senkrecht zu einer gemeinsamen Ebene verlaufen.
Elektromagnetischer Aktor (10) nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Längserstreckungsrichtungen der ersten Arme (26) parallel zu den Längserstreckungsrichtungen der zweiten Arme (40) verlaufen, wobei die Längserstreckungsrichtungen sowohl der ersten Arme (26) als auch der zweiten Arme (40) senkrecht zu einer den Längserstreckungsrichtungen gemeinsamen Ebene verlaufen.
Elektromagnetischer Aktor (10) nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die zweiten Arme (40) weiter von dem Steg (24) abstehen als die ersten Arme (26).
Elektromagnetischer Aktor (10) nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die zweiten Arme (40) die ersten Arme (26) überragen.
Elektromagnetischer Aktor (10) nach einem Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die ersten Arme (26) die Spule (12) in Bewegungsrichtung (18, 22) des ersten Ankers (16) überragen.
Elektromagnetischer Aktor (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei der durch das erste Magnetfeld bewirkten Bewegung des ersten Ankers (16) eine durch das erste Magnetfeld bewirkte Bewegung des zweiten Ankers (20) unterbleibt.
Verwendung eines elektromagnetischen Aktors (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche für einen schaltbaren Ventiltrieb einer Verbrennungskraftmaschine, insbesondere für ein Kraftfahrzeug.
Ventiltrieb für eine Verbrennungskraftmaschine, insbesondere eines Kraftfahrzeugs, mit wenigstens einer Nockenwelle, mit wenigstens einem von der Nockenwelle antreibbaren Nockenelement, welches einen ersten Nocken zum Bewirken eines ersten Hubs eines Gaswechselventils und wenigstens einen zweiten Nocken zum Bewirken eines von dem ersten Hub unterschiedlichen zweiten Hubs des Gaswechselventils aufweist, und mit einem Aktor, mittels welchem das Nockenelement in axialer Richtung der Nockenwelle relativ zu dieser aus einer ersten Stellung zum Bewirken des ersten Hubs in eine zweite Stellung zum Bewirken des zweiten Hubs bewegbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass: - das Nockenelement wenigstens einen dritten Nocken zum Bewirken eines von dem ersten Hub und von dem zweiten unterschiedlichen dritten Hubs des Gaswechselventils aufweist und in axialer Richtung der Nockenwelle relativ zu dieser in eine dritte Stellung zum Bewirken des dritten Hubs bewegbar ist; und - der Aktor als elektromagnetischer Aktor (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 8 ausgebildet ist, wobei das Nockenelement durch Bewegen eines der Anker (16, 20) in die zweite Stellung und durch Bewegen des anderen Ankers (20) in die dritte Stellung bewegbar ist.