DE102019118860A1

DE102019118860A1 - Elektromagnetische Stellvorrichtung mit aktivem Rückholhub

Info

Publication number: DE102019118860A1
Application number: DE102019118860.1A
Authority: DE
Inventors: Markus Oczkowski; Timo Rigling; Philipp Fangauer
Original assignee: ETO Magnetic GmbH
Current assignee: ETO Magnetic GmbH
Priority date: 2019-07-11
Filing date: 2019-07-11
Publication date: 2021-01-14

Abstract

Die Erfindung betrifft eine elektromagnetische Stellvorrichtung (10) aufweisend bestrombare stationäre Spulenmittel (2) mit einem diesen zugeordneten stationären Kernbereich (3), einem zu den Spulenmittel (2) relativ bewegbares Stellelement (3) mit Permanentmagnetmittel (4) zum Zusammenwirken mit dem Kernbereich (4) und einem Stößel (5) mit einem freien Endabschnitt (5a) zum Eingriff in einen Stellpartner, insbesondere eine Führungsnut (21) einer Nockenwelle (20), und Steuermittel (6) zur selektiven Ansteuerung der Spulenmittel (2), wobei die Steuermittel (6) dazu ausgebildet sind, ein erstes Ansteuersignal zur Erzeugung einer entgegen einer Haltekraft der Permanentmagnetmittel (4) wirkenden Gegenkraft durch die Spulenmittel (2) zur Lösung des Permanentmagnetmittel (4) vom Kernbereich (3) und Bewegung des Stellelements (3) in eine ausgefahrene Stößelposition (5a) bereitzustellen, und wobei die Steuermittel (6) dazu ausgebildet sind, ein zweites Ansteuersignal zur Erzeugung einer Anziehungskraft durch die Spulenmittel (2) auf die Permanentmagnetmittel (4) bereitzustellen zur Bewegung des Stellelements (3) in eine eingefahrene Stößelposition.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine elektromagnetische Stellvorrichtung. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung eine elektromagnetische Stellvorrichtung mit gesteuertem aktivem Rückholhub eines Stellelements.
Elektromagnetische Stellvorrichtungen als Aktuatoren für verschiedenste Stellaufgaben im Kraftfahrzeugbereich sind aus dem Stand der Technik hinreichend bekannt. Wie beispielsweise in DE 20 114 466 U1 gezeigt, weisen diese im Allgemeinen bestrombare stationäre Spulenmittel, zu diesen axial bewegbar gelagerte Ankermittel verbunden mit einem Stößel auf, welcher als Reaktion auf eine Bestromung der Spulenmittel entlang der Stößelrichtung antreibbar und aus dem Aktuatorgehäuse herausbewegbar ist.
Derartige Aktuatoren finden Verwendung insbesondere bei der Nockenwellenverstellung eines Verbrennungsmotors, wobei der Stößel des Aktuators mit einer Schaltkulisse eines Schiebenockens selektiv in Eingriff bringbar ist. Nach Verstellung des Schiebenockens durch den damit in Eingriff stehenden Stößel wird dieser mechanisch durch die Schaltkulisse des Schiebenockens aus der ausgefahrenen Stößelposition in die eingefahrene Stößelposition zurückgeschoben. Dies erfolgt beispielsweise durch eine veränderliche Nutentiefe der Schaltkulisse.
Bedingt durch geometrische Toleranzen im System von Aktuator und Schiebenocken ist es erforderlich, dass der Aktuator die mit dem Stößel verbundenen magnetischen Ankermittel ab einem vordefinierten Resthub selbstständig und ohne mechanische Unterstützung der Schaltkulisse des Schiebenockens in die eingefahrene Endlage zurückzieht. Um dies zu ermöglichen wird der Magnetkreis üblicherweise so ausgelegt, dass die Kraft-Wegkennlinie des Aktuators im unbestromten Zustand über alle Toleranzlagen diesen Resthub selbständig überwinden kann bzw. ein Rückholhub der Kraft-Wegkennlinie wenigstens so groß wie der erforderliche Resthub ist.
Nachteilig an diesem bekannten Stand der Technik ist, dass bei der Auslegung des Magneten immer ein Kompromiss zwischen hoher Abstoßkraft und ausreichender Haltekraft sowie bereitgestellten Rückholhub gemacht werden muss. Der Aktuator kann somit technisch/wirtschaftlich nicht optimal auf die Schaltzeiten ausgelegt werden. Gerade bei sehr schnellschaltenden Aktuatoren wird die Umsetzbarkeit von schaltdynamischen Anforderungen durch diesen Auslegungskompromiss beschränkt.
Weiterhin wird hierdurch der Einsatz von Druckfedern im Aktuator stark eingeschränkt, deren Vorspannung als zusätzliche Abstoßkraft für den Stößel zur Realisierung kürzerer Schaltzeiten genutzt werden kann. Der Stößel muss diese zusätzliche Abstoßkraft beim Rückholen magnetisch überwinden. Bei kleinen Federkräften im Bereich von unter 5N lässt sich dies noch durch eine Kennlinienbeeinflussung an Kern und Anker des Aktuators realisieren, bei höheren Federkräften gestaltet sich dies als schwierig.
Ebenso ist die Überwindung von möglichen Stör- oder Reibkräften während des Rückholhubs des Stößels bei den bekannten Lösungen problematisch. Hier können bereits geringe externe Reibkräfte die Rückholposition bzw. den Rückholhub massiv verringern, wodurch ein sicheres Zurückbewegen des Stößels in die eingefahrene Position nicht gewährleistet werden kann.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die vorgenannten Nachteile des Standes der Technik zu überwinden oder zumindest deutlich abzuschwächen. Insbesondere soll eine verbesserte elektromagnetische Stellvorrichtung bereitgestellt werden, mit welcher kurze Schaltzeiten der Stellvorrichtung und ein zuverlässiger Rückholhub des Stößels in eine eingefahrene Position erzielt werden können. Gleichzeitig soll ein zusätzlich konstruktiver Aufwand bei der Realisierung einer derartigen Stellvorrichtung und insbesondere ein erhöhter Bauraum oder Platzbedarf für die Vorrichtung vermieden werden. Diese Aufgabe wird durch den Gegenstand der unabhängigen Ansprüche gelöst. Die Unteransprüche stellen vorteilhafte Weiterbildungen der vorliegenden Erfindung dar.
In einem ersten Aspekt betrifft die Erfindung eine elektromagnetische Stellvorrichtung aufweisend bestrombare stationäre Spulenmittel mit einem diesen zugeordneten stationären Kernbereich, einem zu den Spulenmittel relativ bewegbares Stellelement mit Permanentmagnetmittel zum Zusammenwirken mit dem Kernbereich und einem Stößel mit einem freien Endabschnitt zum Eingriff in einen Stellpartner, insbesondere eine Führungsnut einer Nockenwelle, und Steuermittel zur selektiven Ansteuerung der Spulenmittel, wobei die Steuermittel dazu ausgebildet sind, ein erstes Ansteuersignal zur Erzeugung einer entgegen einer Haltekraft der Permanentmagnetmittel wirkenden Gegenkraft durch die Spulenmittel zur Lösung der Permanentmagnetmittel vom Kernbereich und Bewegung des Stellelements in eine ausgefahrene Stößelposition bereitzustellen, und wobei die Steuermittel dazu ausgebildet sind, ein zweites Ansteuersignal zur Erzeugung einer Anziehungskraft durch die Spulenmittel auf die Permanentmagnetmittel bereitzustellen zur Bewegung des Stellelements in eine eingefahrene Stößelposition.
Erfindungsgemäß erfolgt durch das erste Ansteuersignal der Steuermittel die Bestromung der Spulenmittel derart, dass ein zu den Permanentmagnetmittel des Stellelements gleichpoliges Magnetfeld bereitgestellt wird bzw. sich ausbildet, wodurch sich die Permanentmagnetmittel vom Kernbereich der Stellvorrichtung lösen bzw. wodurch die Permanentmagnetmittel vom Kernbereich abgestoßen werden. Bei Bereitstellung des zweiten Ansteuersignals durch die Steuermittel erfolgt die Bestromung der Spulenmittel derart, dass ein zu den Permanentmagnetmittel gegenpoliges Magnetfeld bereitgestellt wird bzw. sich ausbildet, wodurch die Permanentmagnetmittel vom Kernbereich der Stellvorrichtung angezogen werden.
Hierdurch erfolgt ein aktiver Rückholhub des Stellelements bzw. des Stößels des Stellelements, welcher gegenüber dem bekannten passiven Rückholhub in einem unbestromten Zustand der Spule gemäß dem Stand der Technik deutlich vergrößert ist. Vorzugsweise sind die Steuermittel und/oder die Spulenmittel dazu ausgebildet, einen vergrößerten Rückholhub r des Stellelements bereitzustellen, welcher vorzugsweise einen Wert von 0,1 bis zu4,5 mm aufweisen kann, mehr bevorzugt von 0,5 bis 4,5mm und am bevorzugtesten von 0,5 bis zu 2,0 mm. In einem weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel liegt der Rückholhub r bei wenigstens 1mm, weiter bevorzugt bei wenigstens 1,5 mm und am bevorzugtesten bei wenigstens 1,7mm.
Dies bedeutet, dass ein notwendiger Resthub des Stellelement bzw. des Stößels, welcher einer jeweiligen zurückzulegenden Restdistanz bzw. Restweglänge des Stößels bis zur gewünschten (wieder-)eingefahrenen Stößelposition entspricht, mittels aktiver Rückholung des Stößels durch die bereitgestellte Anziehungskraft erfolgt bzw. überwunden werden kann. Durch den bereitgestellten aktiven Rückholhub können schnellere Schaltzeiten sowie ein sicheres Rückholen des ausgefahrenen Stellelements in die eingefahrene Stößelposition erzielt werden, auch bei eventuell anliegenden Stör- oder Reibkräften während des Rückholhubs des Stößels.
Die Spulenmittel weisen vorzugsweise nur eine Spulenwicklung auf. Dies bedeutet, dass zusätzlich zur bereitgestellten Spulenwicklung keine weitere Wicklung, insbesondere keine weitere Spulenwicklung mit abweichender Ausrichtung bereitgestellt wird. Hierdurch kann der Platzbedarf und das Gewicht der elektromagnetischen Stellvorrichtung minimiert werden. Alternativ können die Spulenmittel zwei vorzugsweise überlagerte Spulenwicklungen aufweisen. Diese erste und zweite Spulenwicklung sind vorzugsweise derart ausgebildet, dass sie mit einem Ansteuersignal unterschiedlicher bzw. entgegengesetzter Polung ansteuerbar sind. Hierbei erfolgt durch die Steuermittel vorzugsweise eine selektive Bereitstellung des oben beschriebenen ersten oder zweiten Ansteuersignals zur Erzeugung der gewünschten Anziehungskraft oder Gegenkraft an der jeweiligen ersten oder zweiten Spulenwicklung.
Die Spulenmittel sind stationär, d.h. in deren Lage beispielsweise in einem Gehäuse der Vorrichtung unveränderbar angeordnet. Die Stelleinheit ist relativ zu den Spulenmitteln bewegbar angeordnet, insbesondere axial beweglich, entlang einer Stößellängsrichtung. Die Stelleinheit bildet demnach die zu den Spulenmittel beweglichen Ankermittel. Die Permanentmagnetmittel und der Stößel der Stelleinheit sind vorzugsweise fest miteinander verbunden. Insbesondere können die Permanentmagnetmittel einends der Stelleinheit und der Stößel mit dem freien Endabschnitt an einem gegenüberliegenden Ende der Stelleinheit angeordnet sein.
In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel weist die Stellvorrichtung ein Federelement, vorzugsweise eine Druckfeder, zur Bereitstellung einer mechanischen Abstoßkraft auf das Stellelement in Richtung der ausgefahrenen Stößelposition auf. Das Federelement weist bevorzugt eine lineare oder degressive Federkennlinie auf. Das Federelement kann auch eine progressive Federkennlinie aufweisen. Das Federelement beaufschlagt das Stellelement vorzugswiese mit einer Abstoßkraft von wenigstens 2N, vorzugsweise von wenigstens 5N, mehr bevorzugt von wenigstens 10N, gemessen in der eingefahrenen Stößelposition. Durch das Federelement kann eine erhöhte Abstoßkraft auf das Stellelement und somit eine schnellere Überführung des Stellelements aus der eingefahrenen in die ausgefahrene Stößelposition erzielt werden. Die bereitgestellte Anziehungskraft beim aktiven Rückholhub durch die Spulenmittel wirkt bei der Bewegung des Stößelelements in die eingefahrene Stößelposition entgegen der Abstoßkraft der Druckfeder.
In einer bevorzugten Ausführungsform sind die Steuermittel dazu ausgebildet, das erste und/oder zweite Ansteuersignal in Abhängigkeit einer Stößelposition auszugeben. Die Steuermittel können demnach das erste und/oder zweite Ansteuersignal selektiv in Abhängigkeit einer vorzugsweise erfassten Stößelposition bereitstellen. Die Stellvorrichtung kann hierzu einen oder mehrere Sensoren zur Erfassung einer Stößelposition aufweisen oder ausgebildet sein, mit einem externen Sensor zur Erfassung einer Stößelposition oder einer Nockenwellenposition zusammenzuwirken. Der Sensor kann ein Hubsensor sein, vorzugsweise ein Hallsensor, welcher die Stößelposition erfasst und vorzugsweise wenigstens zwischen einer ausgefahrenen und der eingefahrenen Stößelposition unterscheiden kann. Der Sensor kann auch ausgebildet sein, eine Veränderung der Stößelposition zu detektieren. Der Sensor zur Erfassung einer Nockenwellenposition, vorzugsweise ein Drehwinkelsensor, kann ausgebildet sein, eine Drehposition der Nockenwelle und/oder eine Veränderung der Drehposition zu detektieren.
In einer bevorzugten Ausführungsform sind die Steuermittel ausgebildet, das zweite Ansteuersignal vorzugsweise unmittelbar nach Erfassung einer Hubveränderung des Stellelements und/oder vorzugsweise unmittelbar nach Beendigung einer Axialverstellung einer Nockenwelle bereitzustellen. Unter dem Begriff „unmittelbar“ wird vorliegend direkt bei der Erfassung bzw. ohne weiteres Zögern nach Detektion des Sensorsignals verstanden. Hierdurch wird ermöglicht, dass der aktive Rückholhub direkt oder schnellstmöglich nach Beendigung der gewünschten Axialverstellung der Nockenwelle erfolgt, wodurch schnellere Schaltzeiten erzielbar sind.
Insbesondere können die Steuermittel ausgebildet sein eine Hubveränderung in der ausgefahrenen Stößelposition bzw. aus der ausgefahrenen Stößelposition heraus zu detektieren, wodurch beispielsweise auf das Einfahren des Stößels in einen Ausfahrbereich einer Führungsnut der Nockenwelle geschlossen werden kann, in welchem Ausfahrbereich ein Rückholen des Stellelements bzw. des Stößels erfolgen kann.
Die Steuermittel können Teil eines Steuergeräts, vorzugsweise eines Motorsteuergeräts sein. Dieses kann insbesondere im Kraftfahrzeugbereich zur Steuerung eines Verbrennungsmotors vorgesehen sein. Die Steuermittel können in einem Gehäuse der elektromagnetischen Stellvorrichtung integriert sein oder extern dazu bereitgestellt sein. Die Steuermittel können einen Mikrokontroller umfassen. Vorzugsweise umfassen die Steuermittel eine H-Brückenschaltung.
Die Steuermittel sind vorzugsweise ausgebildet das erste und zweite Ansteuersignal mit unterschiedlicher Polung bereitzustellen. Insbesondere ist das zweite Ansteuersignal eine Umpolung des ersten Ansteuersignals. Das erste und zweite Ansteuersignal sind vorzugsweise jeweils ein vorzugsweise konstantes Gleichspannungssignal, welches an die Spulenmittel angelegt wird bzw. eine Strombeaufschlagung der Spulenmittel mit einer vorzugsweise konstanten Gleichspannung.
In einem weiteren Aspekt betrifft die Erfindung ein System aufweisend eine elektromagnetische Stellvorrichtung wie oben beschrieben und eine Nockenwelle bzw. einen Schiebenocken mit einer Führungsnut zur axialen Verschiebung der Nockenwelle durch selektiven Eingriff des Stellelement bzw. des Endabschnitts des Stellelements in die Führungsnut. Die Führungsnut bzw. Kulissenbahn der Nockenwelle kann beispielsweise eine S-Kurve oder Doppel S-Kurve sein.
Die Führungsnut weist vorzugsweise eine ansteigende Tiefe in einem Einfahrbereich für das Stellelement und/oder eine absteigende Tiefe in einem Ausfahrbereich für das Stellelement auf. Zwischen einem Einfahr- und Ausfahrbereich ist vorzugsweise ein Verstellbereich angeordnet, der vorzugsweise eine homogene Führungsnuttiefe aufweist. Der Verstellbereich dient insbesondere zur Axialverstellung der Nockenwelle.
In einer bevorzugten Ausführungsform durchfährt das Stellelement bzw. der Stößel die Führungsnut bei einem gewünschten Schaltvorgang und vorzugsweise nach Bereitstellung des ersten Ansteuersignals zum Ausfahren des Stößels. Das Durchfahren der Führungsnut erfolgt vorzugsweise sequentiell, wobei zuerst der Einfahrbereich, dann der Verstellbereich und anschließend der Ausfahrbereich der Führungsnut durchfahren wird. Das Stellelement bzw. der Stößel nimmt hierbei unterschiedliche Stellpositionen innerhalb der Führungsnut an, je nachdem wo sich das Stellelement in der Führungsnut gerade befindet.
Die Steuermittel sind hierbei vorzugsweise ausgebildet in oder vor einer ersten Stellposition A des Stellelements in der Führungsnut, welche im Übergangsbereich von einem Nockenwellenaußenumfangsbereich in den Einfahrbereich der Führungsnut liegt, das erste Ansteuersignal auszugeben, wodurch das Stellelement in die ausgefahrene Stößelposition bewegt wird. Das erste Steuersignal wird hierbei vorzugsweise kontinuierlich ausgegeben, insbesondere solange, bis das Stellelement die ausgefahrene Stößelposition erreicht hat. Dies kann beispielsweise mittels eines geeigneten Sensors wie oben beschrieben erfasst werden.
In einer bevorzugten Ausführungsform sind die Steuermittel ausgebildet, das zweite Ansteuersignal zwischen einer zweiten Stellposition B und einer dritten Stellposition C des Stellelements in der Führungsnut bereitzustellen, wobei die zweite Stellposition B ein Übergangsbereich von dem Verstellbereich bzw. Axialverstellbereich in den Ausfahrbereich der Führungsnut ist und die dritte Stellposition C innerhalb des Ausfahrbereichs der Führungsnut liegt. Besonders bevorzugt sind die Steuermittel ausgebildet, das zweite Ansteuersignal vorzugsweise bei Erreichen der zweiten Stellposition B oder unmittelbar nach Erreichen der zweiten Stellposition B bereitzustellen. Das zweite Steuersignal wird hierbei vorzugsweise kontinuierlich ausgegeben, insbesondere solange, bis das Stellelement die eingefahrene Stößelposition erreicht hat. Dies kann beispielsweise mittels eines geeigneten Sensors wie oben beschrieben erfasst werden.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist die Magnetkreisauslegung derart gewählt, dass die Spulenmittel vor Erreichen einer vierten Stellposition D des Stellelements in der Führungsnut eine ausreichend große Anziehungskraft erzeugen, wobei die vierte Stellposition D ein Übergangsbereich von einem Ausfahrbereich in einen Umfangsbereich der Nockenwelle ist. Der zunächst vor der Stellposition D durch den Ausfahrbereich der Führungsnut teilweise rückgestellte Stößel wird durch die bereitgestellte Anziehungskraft in die eingefahrene Stößelposition zurückgestellt. Dies erfolgt vorzugsweise kurz nach Erreichung der Stellposition D oder bereits mit Erreichung der Stellposition D.
In einem weiteren Aspekt betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Schaltzeitverkürzung einer elektromagnetischen Stellvorrichtung, aufweisend die Schritte:

- Bereitstellung einer elektromagnetischen Stellvorrichtung, insbesondere einer Stellvorrichtung wie oben beschrieben, aufweisend bestrombare stationäre Spulenmittel mit einem diesen zugeordneten stationären Kernbereich, und ein zu den Spulenmittel relativ bewegbares Stellelement mit Permanentmagnetmittel zum Zusammenwirken mit dem Kernbereich und mit einem Stößel zum Eingriff in einen Stellpartner, insbesondere eine Führungsnut einer Nockenwelle,
- Ansteuerung der Spulenmittel der Stellvorrichtung mit einem ersten Ansteuersignal zur Erzeugung einer entgegen einer Haltekraft der Permanentmagnetmittel wirkenden Gegenkraft durch die Spulenmittel zur Bewegung des Stellelements aus einer eingefahrenen Stößelposition in eine ausgefahrene Stößelposition, und
- Ansteuerung der Spulenmittel der Stellvorrichtung mit einem zweiten Ansteuersignal, welches vorzugsweise einer Umpolen des ersten Ansteuersignals entspricht, zur Erzeugung einer Anziehungskraft durch die Spulenmittel auf die Permanentmagnetmittel Bewegung des Stellelements in die eingefahrene Stößelposition.

Die Ansteuerung der Spulenmittel mit dem zweiten Ansteuersignal erfolgt vorzugsweise unmittelbar nach Erfassung einer Hubveränderung des Stellelements und/oder vorzugsweise unmittelbar nach Beendigung einer Axialverstellung einer Nockenwelle durch das Stellelement.
Zur Vermeidung von Wiederholungen wird auf die oben beschriebenen Merkmale der erfindungsgemäßen Vorrichtung und des Systems verwiesen, welche gleichermaßen als für das erfindungsgemäße Verfahren offenbart gelten sollen und umgekehrt.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele sowie anhand der Figuren. Diese zeigen in:

1 ein Längsschnitt durch eine bevorzugte Ausführungsform einer elektromagnetischen Stellvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung,
2a eine seitliche Schnittansicht der erfindungsgemäßen elektromagnetischen Stellvorrichtung im Eingriff mit einer Führungsnut einer Nockenwelle mit unterschiedlichen Stellpositionen,
2b eine Draufsicht auf die Führungsnut der Nockenwelle mit den jeweiligen Stellpositionen gemäß 2a,
2c einen Strom und Spannungsverlauf für die Stellvorrichtung über die einzelnen Stellpositionen gemäß 2a und 2b, und
3 ein Kraft-Wegkennliniendiagramm zum Vergleich einer erfindungsgemäßen Stellvorrichtung mit einer Stellvorrichtung gemäß dem Stand der Technik.

In den Figuren sind gleiche Elemente und Elemente mit der gleichen Funktion mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
1 zeigt eine bevorzugte Ausführungsform der erfindungsgemäßen elektromagnetischen Stellvorrichtung 10. Diese weist einen beispielsweise ein Gehäuse 30 mit einem zylindrischen Gehäuseabschnitt 30a auf, in dem stationäre bestrombare Spulenmittel 1 und ein diesen zugeordneter stationärer und magnetisch leitender Kernbereich 2 angeordnet sind. Die Spulenmittel 1 weisen vorzugsweise einen Spulenkörper 1a und eine um den Spulenkörper 1a gewickelte Spule 1b auf.
Die Stellvorrichtung weist zudem ein zu den Spulenmittel 1 und dem Kernbereich 2 relativ bewegbares Stellelement 3 auf. Dieses umfasst Permanentmagnetmittel 4 zum Zusammenwirken mit dem benachbart angeordneten Kernbereich 2 und einem Stößel 5 mit einem freien Endabschnitt 5a zum Eingriff in einen Stellpartner, insbesondere in eine Führungsnut 21 einer Nockenwelle 20 (siehe 2a,2b). Der Stößel 5 und die Permanentmagnetmittel 4 sind vorzugsweise fest miteinander verbunden. Hierbei sind die Permanentmagnetmittel 4 vorzugsweise einends am Stellelement 3 angeordnet und der 5 Stößel erstreckt sich zum gegenüberliegenden Ende. Der Stößel 5 ist an einem den Spulenmitteln 1 gegenüberliegenden Ende des Gehäuses 30 in einem vorzugsweise zylindrischen Gehäuseabschnitt 30b geführt, insbesondere in einer darin ausgeformten Bohrung 31. Der Gehäuseabschnitt 30b kann in den Gehäuseabschnitt 30a eingepasst sein.
Der Kernbereich 2 weist eine plane Innenseite 2a auf, zum Zusammenwirken mit den Permanentmagnetmitteln 4. Zwischen den Permanentmagnetmitteln 4 und dem Kernbereich 2 können an sich bekannte Antiklebemittel 4e, beispielsweise eine Antiklebescheibe, zur Aufrechterhaltung eines Abstands vorgesehen sein.Die Permanentmagnetmittel 4 umfassen vorzugsweise wenigstens eine Permanentmagnetscheibe 4a, zum Beispiel aus Neodym-Eisen-Bor, welche mittig zwischen zwei magnetisch leitenden Scheiben 4b,4c, beispielweise aus Eisen, angeordnet sein kann. Die Permanentmagnetscheibe 4a und die angrenzenden Scheiben 4b,4c können mittels dünnem Klebefilm miteinander verbunden sein und/oder von einem Ring 4d, vorzugsweise aus Kunststoff, umgeben sein. Dieser kann dazu dienen ein Abplatzen von Material aus der Permanentmagnetscheibe 4a zu verhindern.
Die Vorrichtung 10 weist zudem vorzugsweise ein Federelement 8 auf, vorzugsweise eine Druck- bzw. Spiralfeder, welche eine mechanische Abstoßkraft auf das Stellelement 3 in Richtung einer ausgefahrenen Stößelposition bereitstellt. Das Federelement 8 ist vorzugsweise zwischen Spulenmittel 1 und den Permanentmagnetmitteln 4 angeordnet. Die Druckfeder ist dabei vorzugsweise derart ausgelegt, dass sie selbst als solche nicht in der Lage ist die reine magnetische Haltekraft zwischen den Permanentmagnetmitteln 4 und dem Kernbereich 2 im unbestromten Zustand der Spulenmittel 1 in einer eingefahrenen Stößelposition wie in der Figur gezeigt zu überwinden.
Die Vorrichtung 10 weist zudem Steuermittel 6 auf, welche zur selektiven Ansteuerung der Spulenmittel 1 ausgebildet sind. Die Steuermittel 6 können im Gehäuse 30 der elektromagnetischen Stellvorrichtung 10 integriert sein oder extern dazu bereitgestellt sein. Die Steuermittel 6 können Teil eines Steuergeräts, vorzugsweise eines Motorsteuergeräts sein. Die Steuermittel 6 weisen vorzugsweise eine H-Brückenschaltung auf, mit der ein Ausgangssignal mit selektiv wählbarer Polung bereitgestellt werden kann. Alternativ können die Steuermittel 6 ausgebildet sein, zwei unterschiedliche Spulenwicklungen der Spulenmittel 1 selektiv und mit einem Ansteuersignal unterschiedlicher Polung zu beaufschlagen. Die Steuermittel 6 können hierbei eine erste Spulenwicklung mit einem ersten Signal und die zweite Spulenwicklung mit einem zweiten Signal mit gegensätzlicher bzw. unterschiedlicher Polung zum ersten Signal ansteuern.
Die Steuermittel 6 sind dazu ausgebildet, ein erstes Ansteuersignal zur Erzeugung einer entgegen einer Haltekraft der Permanentmagnetmittel 4 wirkenden Gegenkraft durch die Spulenmittel 1 zur Lösung der Permanentmagnetmittel 4 vom Kernbereich 2 bereitzustellen. Das erste Ansteuersignal ist vorzugsweise eine Strombeaufschlagung der Spulenmittel 1 mit einer vorzugsweise konstanten Gleichspannung bzw. ein vorzugsweise konstantes Gleichspannungssignal. Hierdurch wird eine im unbestromten Zustand der Spulenmittel 1 vorherrschende magnetische Anziehungskraft zwischen den Permanentmagnetmittel 4 und dem Kernbereich 2 aufgehoben bzw. überwunden, so dass das Stellelement 3 von der in 1 gezeigten eingefahrenen Stößelposition 7a in eine ausgefahrene Stößelposition 7b (siehe 2a) gebracht wird. Insbesondere erzeugt die Strombeaufschlagung der Spulenmittel 1 ein Magnetfeld, welches dem Feld der Permanentmagnetmittel 4 entgegenwirkt, dieses in die magnetisch leitenden Scheiben 4b und 4c verdrängt bzw. lenkt und damit zum Abstoßen vom Kernbereich 2 führt. Die Kraft des Federelements 8 wirkt hierbei unterstützend als Abstoßkraft auf das Stellelement 3.
Die Steuermittel 6 sind des Weiteren dazu ausgebildet, selektiv ein zweites Ansteuersignal zur Erzeugung einer magnetischen Anziehungskraft durch die Spulenmittel 1 auf die Permanentmagnetmittel 4 bereitzustellen. Das zweite Ansteuersignal ist vorzugsweise eine Strombeaufschlagung der Spulenmittel 1 mit einer vorzugsweise konstanten Gleichspannung bzw. ein vorzugsweise konstantes Gleichspannungssignal, die bzw. das eine gegensätzliche Polung zum ersten Ansteuersignal aufweist. Hierdurch wird ein im Gegensatz zur Beaufschlagung mit dem ersten Ansteuersignal entgegengesetzt wirkendes Magnetfeld an den Spulenmittel 1 erzeugt. Durch diese Umpolung des angelegten Spulenstroms wirkt ein auf die Permanentmagnetmittel 4 anziehendes Magnetfeld, wodurch dann das Stellelement 3 wieder in die eingefahrene Stößelposition 7a gebracht wird, entgegen der Abstoßkraft des Federelements 8. In Zusammenspiel mit einem Stellpartner wie beispielsweise einer Nockenwelle 20 (vgl. 2a,2b) kann diese Bewegung in Richtung zur eingefahrenen Stößelposition 7a zunächst durch eine externe Schubkraft auf das Stellelement 3 erfolgen, beispielsweise durch eine Verringerung einer Führungsnuttiefe, wenigstens soweit, bis die Anziehungskraft der Spulenmittel 1 auf die Permanentmagnetmittel 4 effektiv wirkt und einen vollständigen Rückholhub in die eingefahrene Stößelposition bewirken kann.
Nach Ausschalten des zweiten Ansteuersignals bzw. in einem unbestromten Zustand der Spulenmittel 1 wird das Stellelement 3 durch die Anziehungskraft zwischen den Permanentmagnetmitteln 4 und dem Kernbereich 2 in der eingefahrenen Stößelposition 7a gehalten.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung 10 weist vorzugsweise weiterhin einen Sensor 9a,9b zur Erfassung einer Stößelposition auf oder ist ausgebildet, mit einem externen Sensor zur Erfassung einer Stößelposition und/oder einer Nockenwellenposition zusammenzuwirken. Die Vorrichtung kann beispielsweise einen Hubsensor 9a aufweisen, welcher die jeweilige Stößelpositionen 7a,7b und/oder eine Veränderungen in der Stößelposition detektieren kann. Die Vorrichtung kann mit einem externen Sensor 9b zusammenwirken, welcher beispielsweise ein Rotation der Nockenwelle detektieren kann. Die Steuermittel 6 sind hierbei vorzugsweise ausgebildet, das erste und/oder zweite Ansteuersignal in Abhängigkeit einer Stößelposition und/oder Veränderung der Stößelposition und/oder in Abhängigkeit einer Nockenwellenposition oder Veränderung der Nockenwellenposition bereitzustellen.
2a und 2b zeigen ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Systems aus einer elektromagnetischen Stellvorrichtung 10 wie oben beschrieben und einer Nockenwelle 20 mit darin angeordneter Führungsnut 21 als Stellpartner. Insbesondere zeigen diese Figuren eine seitliche Schnittansicht der erfindungsgemäßen elektromagnetischen Stellvorrichtung im Eingriff mit der Führungsnut 21 mit unterschiedlichen Stellpositionen A,B,C,D und eine zugehörige Draufsicht auf die Führungsnut 21. Die Führungsnut 21 dient zur selektiven Axialverstellung der Nockenwelle 20 in an sich bekannter Weise.
Die Führungsnut 21 weist vorzugsweise eine ansteigende Tiefe in einem Einfahrbereich 21a für das Stellelement 3 und eine absteigende Tiefe in einem Ausfahrbereich 21c für das Stellelement 3 auf. Zwischen einem Einfahr- und Ausfahrbereich 21a, 21c ist ein Verstellbereich 21b angeordnet, der vorzugsweise eine homogene Führungsnuttiefe aufweist. Der Verstellbereich 21b dient insbesondere zur Axialverstellung der Nockenwelle 20. Die Nockenwelle 20 kann ferner einen ihr zugeordneten Sensor 9b aufweisen, welcher zur Detektion einer Drehposition und/oder zur Erfassung einer Drehpositionsänderung dient und vorzugsweise mit der Stellvorrichtung 10, insbesondere mit den Steuermitteln 6 verbunden ist. Der Sensor 9b kann beispielsweise ein Drehwinkelsensor sein.
Bei einem gewünschten Stellvorgang durch die Stellvorrichtung 10 legen die Steuermittel 6 zunächst das erste Ansteuersignal an die Spulenmittel 1 an. Dies geschieht in oder kurz vor einer ersten Stellposition A des Stellelements 3, wobei die Stellposition A im Übergangsbereich von einem Nockenwellenaußenumfangsbereich 22 in den Einfahrbereich 21a der Führungsnut 21 liegt. Das erste Ansteuerungssignal stellt eine vorzugsweise konstante Gleichspannung bereit, wie in der zugehörigen 2c dargestellt. Hierdurch wird eine konstante Spannung U₁ an die Spulenmittel 1 angelegt. Der durch die Spulenmittel 1 fließende Spulenstrom baut sich zunächst auf, wie durch die Kurve I_1a dargestellt ist, bevor ein konstanter Spulenstrom I_1b an der Spule anliegt. Der Anstieg des Spulenstroms ist hierbei abhängig von der Induktivität der Spulenmittel 1. Durch den Spulenstrom wird ein magnetisches Feld aufgebaut, welches entgegen der magnetischen Haltekraft der Permanentmagnetmittel 4 der Stellvorrichtung 10 wirkt und das Stellelement 3 somit aus der eingefahrenen Stößelposition 7a (vgl. 1) herausbewegt. In der gezeigten Stellposition A ist der Stößel 3 bereits teilweise ausgefahren und liegt gerade noch auf der Umfangsfläche 22 beim Übergang in den Einfahrbereich 21a der Führungsnut 21 auf.
Im weiteren Verlauf des Schaltvorgangs bewegt sich der Stößel 5 des Stellelements 3 bzw. dessen freier Endabschnitt 5a im Einfahrbereich 21a mit zunehmender Tiefe immer weiter eine vorzugsweise vollständig ausgefahrene Stößelposition 7b, welche spätestens beim Eingriff in den Verstellbereich 21b der Führungsnut 21 erreicht wird. Bei Erreichen der ausgefahrenen Stößelposition 7b schalten die Steuermittel 6 vorzugsweise das erste Ansteuersignal ab. Die resultiert in einer kurzen Gegeninduktion L₁ der Spulenmittel 1 und dem Abfall des Spulenstroms I_1c. Das Erreichen der ausgefahrenen Stößelposition 7b kann beispielsweise mittels des Hubsensors 9a detektiert werden. Alternativ oder zusätzlich kann der Sensor 9b der Nockenwelle 20 Informationen über eine Dreh- oder Axialbewegung der Nockenwelle 20 bereitstellen, aus welcher die jeweilige Stellposition des Stößels 5 in der Führungsnut 21 abgeleitet werden kann.
Vorzugsweise bei Erreichen der Stellposition B, welche ein Übergangsbereich von dem Verstellbereich 21b bzw. in den Ausfahrbereich 21c der Führungsnut 21 ist, oder unmittelbar danach, wird das zweite Ansteuersignal durch die Steuermittel 6 bereitgestellt. Die Stellposition B kann beispielsweise durch den Hubsensor 9a detektiert werden, welcher eine Veränderung der Stößelposition detektiert und/oder das nicht mehr Vorliegen der ausgefahrenen Stößelposition 7b erkennt. Alternativ oder zusätzlich kann der Sensor 9b der Nockenwelle 20 Informationen über eine Dreh- oder Axialbewegung der Nockenwelle 20 zur Erkennung der Stellposition B bereitstellen. Basierend auf den Informationen des Sensors 9b kann beispielsweise eine Nockenwellendrehzahl-abhängige Steuerung vorzugsweise anhand definierter Schaltzeitpunkte bereitgestellt werden. Beispielsweise kann der Sensor 9b ein Drehwinkelsensor sein, welcher, bei Bewegung des Stößels 5 in die ausgefahrene Stößelposition 7b basierend auf Informationen vom Sensor 9b und/oder der Steuermittel 6, eine aktuelle Drehzahl der Nockenwelle 20 erfasst und/oder an die Steuermittel 6 übermittelt. Die Steuermittel 6 können dabei ausgebildet sein, einen idealen Zeitpunkt für die Bereitstellung des zweiten Steuersignals zur Bewegung des Stellelements 3 in die eingefahrene Stößelposition 7a basierend auf den bereitgestellten Informationen zu berechnen.
Das zweite Ansteuerungssignal stellt eine vorzugsweise konstante Gleichspannung bereit, welche einer Umpolung des ersten Ansteuerungssignals bzw. der durch das erste Ansteuersignal bereitgestellten Spannung entspricht. Hierdurch wird eine konstante Spannung U₂ an die Spulenmittel 1 angelegt. Der durch die Spulenmittel 1 fließende Spulenstrom baut sich zunächst auf, wie durch die Kurve I_2a dargestellt, bevor ein konstanter Spulenstrom I_2b an der Spule anliegt. Die maximale Stromstärke I_2b entspricht vorzugsweise der maximalen Stromstärke des ersten Spulenstroms I_1b. Alternativ kann das Ansteuersignal zu einer gegenüber der Stromstärke I_1b erhöhten oder reduzierten Stromstärke I_2b führen. Die Stromstärke liegt vorzugsweise jeweils zwischen 1 und 20A, mehr bevorzugt zwischen 1 und 10A. Die Spannung liegt vorzugsweise jeweils zwischen 5 und 30V, mehr bevorzugt zwischen 6 und 16V. Der Anstieg des Spulenstroms ist wie zuvor beschrieben auch hierbei abhängig von der Induktivität der Spulenmittel 1. Durch den steigenden Spulenstrom wird ein magnetisches Feld aufgebaut, welches eine Anziehungskraft auf die Permanentmagnetmittel 4 des Stellelements 3 erzeugt und das Stellelement 3 gegen die Abstoßkraft der Federelements 8 in die eingefahrene Stößelposition 7a zurückbringen kann.
Während des weiteren Verlaufs des Schaltvorgangs erfährt der Stößel 5 durch die geringer werdende Tiefe der Führungsnut 21 in dem Ausfahrbereich 21c eine externe Schubkraft auf das Stellelement 3 (vgl. Stellposition C). Parallel dazu baut sich das für den aktiven Rückholhub notwendige Magnetfeld durch den steigenden Spulenstrom I_2a auf, derart, dass vorzugsweise mit oder mehr bevorzugt vor Erreichen einer Stellposition D, welche einen Übergangsbereich von dem Ausfahrbereich 21c in den Umfangsbereich 22 der Nockenwelle 20 darstellt, der maximale Spulenstrom I_2b an den Spulenmitteln 1 anliegt und das Magnetfeld ausreichend stark für einen aktiven Rückholhub mittels des erzeugten Magnetfelds an den Spulenmitteln 1, entgegen einer Abstoßkraft der Federelements 8, ausgebildet ist. Hierdurch wird ein aktiver Rückholhub r von vorzugsweise wenigstens 0,1 bis 4,5 mm, mehr bevorzugt von wenigstens 0,5 bis 4,5mm und am bevorzugtesten von wenigstens 0,5 bis 2,0 mm gewährleistet. In einem weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel liegt der Rückholhub r bei wenigstens 1mm, weiter bevorzugt bei wenigstens 1,5 mm und am bevorzugtesten bei wenigstens 1,7mm.
Dies bedeutet, dass ein notwendiger Resthub zwischen einer teilweise ausgefahrenen Stößelposition und der eingefahrenen Stößelposition 7a mittels des bereitgestellten Magnetfelds entgegen der Abstoßkraft des Federelements 8 und möglicher Trägheitsmomente des Stößels 5 zuverlässig überwunden wird.
Das zweite Steuersignal wird hierbei vorzugsweise kontinuierlich ausgegeben, insbesondere solange, bis das Stellelement die eingefahrene Stößelposition erreicht hat. Bei Erreichen der eingefahrenen Stößelposition 7a schalten die Steuermittel 6 vorzugsweise das zweite Ansteuersignal ab. Die resultiert in einer kurzen Gegeninduktion L₂ der Spulenmittel 1 und dem Abfall des Spulenstroms I_2c.
Die Induktivität der Spulenmittel 1 und/oder die Federstärke des Federelements 8 ist vorzugsweise derart gewählt bzw. auf eine gewünschte Schaltzeit angepasst, dass durch Bereitstellung des zweiten Ansteuersignals eine ausreichend große Anziehungskraft vor Erreichen der Stellposition D des Stellelements 3 in der Führungsnut 21 erreicht wird.
Die oben beschriebene Abschaltung und Umpolung des ersten und zweiten Ansteuersignals erfolgt vorzugsweise separat, kann alternativ aber auch kombiniert erfolgen. Beispielsweise kann ein dann bis zur Stellposition B anliegendes erstes Ansteuersignal unmittelbar, d.h. ohne Zwischenabschaltung, in das zweite Ansteuersignal überführt werden.
Alternativ zur oben dargestellten Ansteuerungsweise kann die Bereitstellung des zweiten Ansteuersignals bereits bei der Axialverschiebung der Nockenwelle 20 und damit vor der gezeigten Stellposition B erfolgen. Hierbei erfolgt die Ansteuerung vorzugsweise derart, dass das magnetische Feld während dem restlichen Durchfahrens des Stößels 5 im Verstellbereich 21b der Führungsnut 21 noch nicht ausreichend groß ausgebildet ist, dass es zu einer Anziehung des Stößels 5 an den Kernbereich 2 kommt bzw. dass das bereitgestellte Magnetfeld noch nicht groß genug ist, um die am Stößel 5 anliegende Reibung aufgrund der anliegenden Querkräfte im Verstellbereich 21b zu überwinden.
3 zeigt ein Kraft-Wegkennliniendiagramm zum Vergleich einer erfindungsgemäßen Stellvorrichtung 10 mit einer Stellvorrichtung gemäß dem Stand der Technik.
Das gezeigte Kraft-Wegkennliniendiagramm zeigt beispielhaft einen kombinierten Kraft-Wegverlauf für die anliegenden Magnetkräfte und die Federkraft, welche auf das Stellelement 3 wirkt.
Die Kurve 40a entspricht hierbei dem Kraftverlauf für ein Ausfahren des Stellelements 3 aus der eingefahrenen Stößelposition 7a in die ausgefahrene Stößelposition 7b unter Bestromung der Spulenmittel 1 durch das erste Ansteuersignal. Die Kurve 40b entspricht dem Kraftverlauf bei einer Rückholung des Stößels 5 aus der ausgefahrenen Stößelposition 7b in die eingefahrene Stößelposition 7a ohne Bestromung der Spulenmittel 1 und somit lediglich basierend auf einer Zusammenwirkung der Permanentmagnetmittel 4 und des Kernbereichs 2, entgegen der Abstoßkraft des Federelements 8. Die Kurve 40c entspricht dem Kraftverlauf bei der erfindungsgemäßen aktiven Rückholung des Stößels 3 aus der ausgefahrenen Stößelposition 7b in die eingefahrene Stößelposition 7a unter Bestromung der Spulenmittel 1 mit dem zweiten Ansteuersignal unter ansonsten gleichen Systembedingungen wie bei dem System gemäß Kurve 40b. Die Linien F_R1 und F_R2 stellen die der jeweiligen Bewegung entgegenwirkende positive bzw. negativ wirkende Reibungskraft dar. Die Linie Hmax stellt den maximal möglichen Hub des Stößels 5 bzw. des Stellelements 3 dar. Die Linie Hmin stellt die mechanische Begrenzung der Kraft-Wegkennlinie bzw. den Anschlagspunkt des Stößels 5 in seiner eingefahrenen Position bei circa 0,3mm dar, welche in der Stellvorrichtung vorzugsweise durch an sich bekannte Antiklebemittel 4e zwischen den Permanentmagnetmitteln 4 und dem Kernbereich 2 realisiert ist.
Die Kennlinie R_v stellt den möglichen Rückholhub bei Anwendung einer unbestromten Rückholung des Stößels 5 gemäß Kurve 40b dar. Dieser liegt bei circa 0,4 mm in dem gezeigten Kraft-Wegkennliniendiagramm. Bei Zugrundelegung des Anschlagspunktes von 0,3mm für die eingefahrene Stößelposition im gezeigten Diagramm entspricht dies einem effektiven Rückholhub von 0,1mm. Das bedeutet, dass die magnetische Anziehungskraft zwischen Permanentmagnetmittel 4 und dem Kernbereich 2 die entgegenwirkenden Reibungs-, Trägheits- und Abstoßungsfederkräfte bei einem Resthub bzw. einer restlichen Distanz von einer eingefahrenen Stößelposition von 0,1 mm oder weniger überwinden kann.
Im Vergleich hierzu liegt der mögliche aktive Rückholhub bei der Anwendung mittels bestromter Rückholung des Stößels 5 im gezeigten Kraft-Wegkennliniendiagramm gemäß Kurve 40b (gezeigt durch Kennlinie R_A) bei circa 1,2 mm. Bei Zugrundelegung des Anschlagspunktes von 0,3mm für die eingefahrene Stößelposition im gezeigten Diagramm entspricht dies einem effektiven Rückholhub r von 0,9mm. Der Rückholhub ist demnach deutlich größer, wodurch eine sichere Rückführung des Stößels 5 in die eingefahrene Stößelposition auch bei größerer zu überwindender restlicher Distanz von der eingefahrenen Stößelposition gewährleistet ist. Hierdurch können insbesondere schnellere Schaltzeiten, beispielsweise durch die mögliche Verwendung stärkerer Federelemente zur Abstoßung des Stößels in die ausgefahrene Position und/oder kürzere Rückführungszeiten des Stößels in die eingefahrene Position, und ein zuverlässiges Gesamtsystem erzielt werden, welches auch bei größerer Quer- oder Reibungskräften eine Stößelrückführung in die eingefahrene Position gewährleistet.
Die oben beschriebenen Ausführungsformen sind lediglich beispielhaft, wobei die Erfindung keineswegs auf die in den Figuren gezeigten Ausführungsformen beschränkt ist. Insbesondere können die gezeigten Ausführungsformen auch untereinander kombiniert werden.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 20114466 U1 [0002]

Claims

Elektromagnetische Stellvorrichtung (10) aufweisend bestrombare stationäre Spulenmittel (1) mit einem diesen zugeordneten stationären Kernbereich (2), einem zu den Spulenmittel (1) relativ bewegbares Stellelement (3) mit Permanentmagnetmittel (4) zum Zusammenwirken mit dem Kernbereich (2) und einem Stößel (5) mit einem freien Endabschnitt (5a) zum Eingriff in einen Stellpartner, insbesondere eine Führungsnut (21) einer Nockenwelle (20), und Steuermittel (6) zur selektiven Ansteuerung der Spulenmittel (1), wobei die Steuermittel (6) dazu ausgebildet sind, ein erstes Ansteuersignal zur Erzeugung einer entgegen einer Haltekraft der Permanentmagnetmittel (4) wirkenden Gegenkraft durch die Spulenmittel (1) zur Lösung der Permanentmagnetmittel (4) vom Kernbereich (2) und Bewegung des Stellelements (3) in eine ausgefahrene Stößelposition (7b) bereitzustellen, und wobei die Steuermittel (6) dazu ausgebildet sind, ein zweites Ansteuersignal zur Erzeugung einer Anziehungskraft durch die Spulenmittel (1) auf die Permanentmagnetmittel (4) bereitzustellen, zur Bewegung des Stellelements (3) in eine eingefahrene Stößelposition (7a).
Elektromagnetische Stellvorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Stellvorrichtung (10) ein Federelement (8) vorzugsweise eine Druckfeder zur Bereitstellung einer mechanischen Abstoßkraft auf das Stellelement (3) in Richtung der ausgefahrenen Stößelposition (7b) aufweist.
Elektromagnetische Stellvorrichtung nach Anspruch 2, wobei das Federelement (8) das Stellelement (3) mit einer Abstoßkraft von wenigstens 2N, vorzugsweise von wenigstens 5N, mehr bevorzugt von wenigstens 10N beaufschlagt.
Elektromagnetische Stellvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Steuermittel (6) und/oder die Spulenmittel (1) dazu ausgebildet sind, einen vergrößerten Rückholhub (r) des Stellelements (3) bereitzustellen, welcher vorzugsweise zwischen 0,1 und 4,5 mm, mehr bevorzugt zwischen 0,5 und 2,0 mm liegt.
Elektromagnetische Stellvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Steuermittel (6) dazu ausgebildet sind, das erste und/oder zweite Ansteuersignal in Abhängigkeit einer Stößelposition und/oder Veränderung der Stößelposition bereitzustellen.
Elektromagnetische Stellvorrichtung nach Anspruch 5, wobei die Stellvorrichtung (10) einen Sensor (9a) zur Erfassung einer Stößelposition aufweist oder ausgebildet ist, mit einem externen Sensor (9b) zur Erfassung einer Stößelposition und/oder einer Nockenwellenposition zusammenzuwirken.
Elektromagnetische Stellvorrichtung nach Anspruch 6, wobei der Sensor (9a) ein Hubsensor, vorzugsweise ein Hallsensor, oder ein Sensor (9b) zur Erfassung einer Drehposition einer Nockenwelle, vorzugsweise ein Drehwinkelsensor, ist.
Elektromagnetische Stellvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Steuermittel (6) ausgebildet sind, das zweite Ansteuersignal vorzugsweise unmittelbar nach Erfassung einer Hubveränderung des Stellelements (3) und/oder vorzugsweise unmittelbar nach Beendigung einer Axialverstellung einer Nockenwelle (20) bereitzustellen.
Elektromagnetische Stellvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Steuermittel (6) eine H-Brückenschaltung umfassen und/oder wobei das zweite Ansteuersignal einer Umpolung des ersten Ansteuersignals entspricht.
Elektromagnetische Stellvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei die Spulenmittel (1) zwei vorzugsweise überlagerte Spulenwicklungen aufweisen, und wobei die Steuermittel (6) ausgebildet sind diese selektiv und vorzugsweise mit unterschiedlicher Polung anzusteuern.
System aufweisend eine elektromagnetische Stellvorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 10 und eine Nockenwelle (20) mit einer Führungsnut (21) zur axialen Verschiebung der Nockenwelle durch selektiven Eingriff des Endabschnitts (5a) des Stellelements (3) in die Führungsnut (21).
System nach Anspruch 11, wobei die Führungsnut (21) eine ansteigende Tiefe in einem Einfahrbereich (21a) für das Stellelement (3) und/oder eine absteigende Tiefe in einem Ausfahrbereich (21b) für das Stellelement (3) aufweist.
System nach einem der Ansprüche 11 oder 12, wobei die Steuermittel (6) ausgebildet sind, das zweite Ansteuersignal zwischen einer zweiten Stellposition (B) und einer dritten Stellposition (C) des Stellelements (3) in der Führungsnut (21) bereitzustellen, wobei die zweite Stellposition (B) ein Übergangsbereich von einem Axialverstellbereich (21b) in einen Ausfahrbereich (21c) der Führungsnut (21) ist und die dritte Stellposition (C) innerhalb des Ausfahrbereichs (21c) der Führungsnut (21) liegt.
System nach Anspruch 13, wobei die Steuermittel (6) ausgebildet sind, das zweite Ansteuersignal vorzugsweise bei Erreichen der zweiten Stellposition (B) oder unmittelbar nach Erreichen der zweiten Stellposition (B) bereitzustellen.
System nach einem der Ansprüche 11 bis 14, wobei die Induktivität der Spulenmittel (1) derart gewählt ist, dass durch Bereitstellung des zweiten Ansteuersignals eine ausreichend große Anziehungskraft vor Erreichen einer vierten Stellpostion (D) des Stellelements (3) in der Führungsnut (21) erreicht wird, wobei die vierte Stellposition (D) ein Übergangsbereich von einem Ausfahrbereich (21c) in einen Umfangsbereich (22) der Nockenwelle (20) ist.
Verfahren zur Schaltzeitverkürzung einer elektromagnetischen Stellvorrichtung, aufweisend die Schritte: - Bereitstellung einer elektromagnetischen Stellvorrichtung (10), insbesondere einer Stellvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, aufweisend bestrombare stationäre Spulenmittel (1) mit einem diesen zugeordneten stationären Kernbereich (2), und ein zu den Spulenmittel (1) relativ bewegbares Stellelement (3) mit Permanentmagnetmittel (4) zum Zusammenwirken mit dem Kernbereich (2) und mit einem Stößel (5) zum Eingriff in einen Stellpartner, insbesondere eine Führungsnut (21) einer Nockenwelle (20), - Ansteuerung der Spulenmittel (1) der Stellvorrichtung mit einem ersten Ansteuersignal zur Erzeugung einer entgegen einer Haltekraft der Permanentmagnetmittel (4) wirkenden Gegenkraft durch die Spulenmittel (1) zur Bewegung des Stellelements (3) von einer eingefahrenen Stößelposition (7a) in eine ausgefahrene Stößelposition (7b), und - Ansteuerung der Spulenmittel (1) der Stellvorrichtung mit einem zweiten Ansteuersignal, welches vorzugsweise einer Umpolen des ersten Ansteuersignals entspricht, zur Erzeugung einer Anziehungskraft durch die Spulenmittel (1) auf die Permanentmagnetmittel (4) zur Bewegung des Stellelements (3) in die eingefahrene Stößelposition (7a).
Verfahren nach Anspruch 16, wobei die Ansteuerung der Spulenmittel (1) mit dem zweiten Ansteuersignal vorzugsweise unmittelbar nach Erfassung einer Hubveränderung des Stellelements (3) und/oder vorzugsweise unmittelbar nach Beendigung einer Axialverstellung einer Nockenwelle durch das Stellelement (3) erfolgt.