DE202011001412U1

DE202011001412U1 - Elektromagnetische Stellvorrichtung sowie Nockenwellenverstellvorrichtung

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Publication number: DE202011001412U1
Application number: DE202011001412U
Authority: DE
Original assignee: ETO Magnetic GmbH
Current assignee: ETO Magnetic GmbH
Priority date: 2011-01-12
Filing date: 2011-01-12
Publication date: 2012-04-17
Anticipated expiration: 2021-01-13

Abstract

Elektromagnetische Stellvorrichtung (1), insbesondere für eine Nockenwellenverstellvorrichtung in einem Verbrennungsmotor eines Kraftfahrzeuges, mit einem endseitig einen Eingriffsbereich ausbildenden und durch die Kraft einer stationär vorgesehenen Spuleneinrichtung bewegbaren langgestreckten, vorzugsweise zumindest abschnittsweise eine zylindrische Hüllkontur aufweisenden, Stellelement (2), das eine Aussparung in mantelseitig angeordneten Permanentmagnetmittel (6) durchsetzt, die zum Zusammenwirken mit einem stationären Kernbereich (5) ausgebildet sind, und das in einer Schaltstellung mit einer stirnseitigen stellelementseitigen Kontaktfläche (10) an einer kernbereichsseitigen Kontaktfläche (11) anliegt, und wobei Mittel (15) in Form mindestens einer Vertiefung zur Reduzierung einer schmiermittelbedingten Haftkraft zwischen dem Stellelement (2) und dem Kernbereich (5) vorgesehen sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Vertiefung innerhalb der axialen Projektion (17) der Innenumfangskontur der von dem Stellelement (2) durchsetzten Aussparung (8) mindestens eine sich senkrecht zur Tiefenerstreckung der Vertiefung erstreckende Flächenerstreckung aufweist, die mindestens 20% und maximal 80% der Querschnittsfläche der Aussparung (8) in den Permanentmagnetmitteln (6) entspricht.

Description

Die Erfindung betrifft eine elektromagnetische Stellvorrichtung gemäß den Oberbegriffen der Ansprüche 1 oder 2, eine Nockenwellenverstellvorrichtung mit einer solchen elektromagnetischen Stellvorrichtung als Aktor gemäß Anspruch 14 sowie die Verwendung einer elektromagnetischen Stellvorrichtung als Aktuator zum Verstellen einer Nockenwelle in einem Verbrennungsmotor eines Kraftfahrzeugs gemäß Anspruch 15.
Eine elektromagnetische Stellvorrichtung gemäß dem Oberbegriff der unabhängigen Ansprüche ist in der WO 2008/014996 A1 der Anmelderin beschrieben. Dabei handelt es sich um eine Stellvorrichtung zum Verstellen einer Nockenwelle in einem Kraftfahrzeug. Aus der Druckschrift ist es bekannt, eine schmiermittelbedingte Haftkraft zwischen Stellelement und Kernbereich dadurch zu reduzieren, dass in der Stirnfläche des Stellelementes eine schlitzförmige Ausnehmung und/oder Einkerbung, d. h. Vertiefung vorgesehen ist. Angaben zur konkreten Ausgestaltung bzw. Optimierung der stellelementseitigen Vertiefung werden nicht gemacht. In der Praxis tritt das Problem auf, dass die auftretenden Haftkräfte bei der Verwendung von Motoröl als Schmiermittel trotz einer einfach schmalen schlitzförmigen Einkerbung erheblich sind, was dazu führt, dass im Verhältnis zur eigentlichen Stellaufgabe zu groß dimensionierte Spülungseinrichtungen zum Betätigen des Stellelements bzw. zur schnellen Überwindung der Haftkräfte eingesetzt werden müssen, um eine gute Dynamik der Verstellbewegung zu erzielen, was wiederum dazu führt, dass die elektromagnetische Stellvorrichtung einen vergleichsweisen großen Bauraum einnimmt. Bauraum im Bereich des Verbrennungsmotors in einem Kraftfahrzeug ist jedoch bekanntermaßen knapp. Gleichzeitig besteht die Anforderung den Stellantrieb mechanisch robust und zuverlässig auszubilden.
Aus der DE 101 19 291 A1 ist ein elektromagnetischer Aktor zur elektromagnetischen Ventilsteuerung eines Gaswechselventils beschrieben, wie sie beispielsweise in Rennwagen zum Einsatz kommt, die keine klassische Nockenwelle aufweisen. Der beschriebene Aktor ist nicht zum Verstellen von Nockenwellen geeignet und bestimmt. Im Gegensatz zu der gattungsgemäßen elektromagnetischen Stellvorrichtung ist das zu betätigende Stellelement nicht langgestreckt, sondern umfasst eine Stellelementplatte, die alternierend in Wechselwirkung mit zwei einander gegenüberliegenden Kernbereichen tritt. Aus der Druckschrift ist es zur Minimierung der schmiermittelbedingten Adhäsionskräfte bekannt, auf beiden Seiten der Stellelementplatte mehrere im Vergleich zur Flächenerstreckung der Stellelementplatte schmale Nuten in der Stellelementplatte vorzusehen. Diese Lösung scheint nicht auf das Gebiet der Nockenwellverstellvorrichtungen übertragbar zu sein, insbesondere aufgrund der unterschiedlichen Größe der zum Einsatz kommenden Spulen und der vollkommen unterschiedlichen Ausgestaltung des Stellelements, auf welchem nicht genügend Raum für eine Vielzahl von beabstandeten V-Rillen ist. Zudem werden Gaswechselventile, ständig im laufenden Betrieb, d. h. bei hohen Temperaturen verstellt, wohingegen Nockenwellenverstelleinrichtungen über einen Temperaturbereich von –40°C bis +150°C betrieben werden und somit unter +10°C sicher und reproduzierbar funktionieren müssen.
Zudem kommt bei derartig elektromagnetischen Stellantrieben für Gaswechselventile kein Motoröl als Schmiermittel zur Anwendung, wodurch völlig unterschiedliche Anforderungen an die Überwindung der auftretenden Adhäsionskräfte zu stellen sind.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde möglichst kleinbauende elektromagnetische Stellvorrichtung anzugeben, die eine gute Dynamik aufweist und mit möglichst kleinvolumigen elektrischen Spuleneinrichtung zum Verstellen des, bevorzugt durchgehend, langgestreckten Stellelements auskommt. Bevorzugt ist die elektromagnetische Stellvorrichtung zum Verstellen einer Nockenwelle im Verbrennungsmotor eines Kraftfahrzeugs ausgelegt und bestimmt. Ferner besteht die Aufgabe darin eine Nockenwellenverstellvorrichtung mit einer entsprechend verbesserten elektromagnetischen Stellvorrichtung anzugeben.
Diese Aufgabe wird mit einer elektromagnetischen Stellvorrichtung mit den Merkmalen der Ansprüche 1 und/oder 2 bzw. hinsichtlich der Nockenwellenverstellvorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 14 gelöst.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindungen sind in den Unteransprüchen angegeben. In den Rahmen der Erfindung fallen sämtliche Kombinationen aus zumindest zwei von den in der Beschreibung, den Ansprüchen und/oder Figuren offenbarten Merkmalen. Zur Vermeidung von Wiederholungen sollen vorrichtungsgemäß offenbarte Merkmale auch als verfahrensgemäß offenbart gelten und beanspruchbar sein.
Die Erfindung hat erkannt, dass es insbesondere bei den bei elektromagnetischen Stellvorrichtungen für Nockenwellen auftretenden Flächenverhältnissen und zum Erreichen der für die Verstellaufgabe aufzubringenden Kräften sowie minimalen Ablösegeschwindigkeiten des Stellelementes von Kernkontaktfläche zur Erzielung einer ausreichenden Minimierung der schmiermittelbedingten, insbesondere motorölbedingten Adhäsionskräfte zwischen dem, vorzugsweise durchgehend, langgestreckten, insbesondere einteiligen Stellelement und dem Kernbereich vorteilhaft ist, wenn die wirksame Fläche der Vertiefung, genauer der innerhalb der axialen Projektion der Innenumfangskontur der von dem Stellelement durchsetzten Aussparung innerhalb der Permanentmagnetmittel mindestens 20% einer Fläche (Querschnittsfläche) entspricht, die von dem Innenumfang der vorgenannten Aussparung umschlossen ist. Bevorzugt ist die von der Innenumfangskontur umgebende, sich senkrecht zur Verstellrichtung des Stellelements erstreckenden Querschnittsfläche an jeder Axialposition der Aussparung in den Permanentmagnetmitteln konstant. Für den Fall, dass die Innenumfangskontur über die Axialerstreckung der Aussparung variieren sollte, ist die minimale Querschnittsfläche gemeint, die an irgendeiner Axialposition der Aussparung von der Innenumfangskontur der Aussparung umgeben ist. Um gleichzeitig für eine ausreichende mechanische Stabilität, insbesondere des Stellelementes bzw. der Kontaktfläche Sorge zu tragen, muss gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung sicher gestellt sein, dass die Flächenerstreckung der Vertiefung (Aussparung, Weglassung, Einkerbung) nicht größer ist als 80% der vorgenannten (minimalen) Querschnittsfläche der Aussparung. Hierdurch wird gleichzeitig sicher gestellt, dass die magnetische Flussdichte nicht in einen Sättigungsbereich gelangt, was negative Auswirkungen auf den Wirkungsgrad der elektromagnetischen Stellvorrichtung hätte. Ganz besonders bevorzugt ist es, wenn die Flächenerstreckung der Vertiefung etwa 40% bis 60%, vorzugsweise etwa 50%, der vorgenannten Querschnittsfläche entspricht, also der Fläche, die ohne das Vorsehen der erfindungsgemäßen Vertiefung der Kontaktfläche entsprechen würde.
Anders ausgedrückt liegt die Erfindung also gerade in der optimalen Dimensionierung der mindestens einen, vorzugsweise ausschließlich einen, Vertiefung, wobei die Erfindung erkannt hat, dass eine in Relation zu der Querschnittsflächenerstreckung der Aussparung in dem Permanentmagnetmitteln stehende Untergrenze sowie eine ebenfalls in Zusammenhang mit der Querschnittsfläche der vorgenannten Aussparung stehende Obergrenze nicht unter- bzw. überschritten werden dürfen.
Dies bedeutet also, dass falls die Vertiefung die axiale Projektionsfläche der Innenumfangskontur der Aussparung überschreiten sollte, der die Projektion überschreitende Flächenanteil bei der Auslegung gemäß der Erfindung keine Berücksichtigung findet. Wesentlich ist, dass sich die Flächenerstreckung des innerhalb der axialen Projektionsfläche des Innenumfangs der Aussparung befindliche Flächenerstreckungsteil der Vertiefung innerhalb der erfindungsgemäßen Grenzen bewegt.
Durch die Erfindung ist es erstmals möglich, zuverlässig und unabhängig davon, wie viel Schmiermittel, insbesondere Motorenöl sich im Ankerraum (Stellelementraum) befindet, die zu überwindenden Kräfte reproduzierbar erreichen lassen.
Grundsätzlich kann die mindestens eine, vorzugsweise ausschließlich eine, Aussparung als Absatz, Ausbruch, Linearnut, Ringnut, Ringflläche oder kreisflächige Vertiefung ausgebildet sein, die rotationssymmetrisch oder alternativ rotationsasymmetrisch zur Längsmittelachse des Stellelements angeordnet sein kann. Auch ist es möglich die mindestens eine Vertiefung symmetrisch oder alternativ asymmetrisch zu einer vorgenannte Längsmittelachse des Ankers aufnehmenden Ebene anzuordnen.
Ferner ist es denkbar, im Falle des Vorsehens von einer einzigen Vertiefung diese entweder in den Kernbereich oder in das Stellelement einzubringen. Im Falle des Vorsehens von mehr als einer Vertiefung ist es möglich, sämtliche Vertiefungen alternativ im Kernelement oder im langgestreckten Stellelement (Anker) auszubilden oder aber die Vertiefungen, beispielsweise gleichmäßig oder ungleichmäßig auf den Kernbereich und Stirnelement zu verteilen. Wesentlich ist, dass die Summe der Flächenerstreckungen der Vertiefungen innerhalb der erfindungsgemäßen Grenzen vorliegt. Wie erwähnt ist es besonders bevorzugt, wenn ausschließlich eine einzige Vertiefung vorgesehen ist, die noch weiter bevorzugt im Kernbereich und nicht im Stellelement vorgesehen ist.
Besonders bevorzugt ist das Stellelement durchgehend als Bolzen ausgebildet, vorzugsweise mit einer zylindrischen Hüllkontur, in der gegebenenfalls seitlich Aussparungen, bevorzugt zur Ausbildung von Schmiermitteltaschen vorgesehen sein können. Wesentlich ist, dass sich die beanspruchten Dimensonierungsvorschriften. für die Vertiefung nur auf den Teil (Flächenteil) der Vertiefung beziehen, der sich innerhalb der axialen Projektion der Innenumfangskontur der Aussparung befindet.
Als besonders vorteilhaft hat sich eine, insbesondere einzige, Vertiefung in Form einer Nut herausgestellt, die ganz besonders bevorzugt im Kernbereich (alternativ im Stellelement) angeordnet ist. Dabei ist es besonders bevorzugt, wenn die innerhalb der axialen Projektion der Innenumfangskontur der Aussparung in den Permanentmagnetmitteln zu messende Nutbreite b < 90% der gegenüberliegenden Fläche der ebenfalls in der axialen Projektion zu bestimmenden Längenerstreckung l der langgestreckten Nut entspricht. Als optimal hat sich bei einem Stellelementdurchmesser innerhalb der Permanentmagneteinheit von 5,0 mm eine Nutbreite einer im Kernbereich vorgesehen nutförmigen Vertiefung von 2,0 mm erwiesen, wobei diese Nut bevorzugt symmetrisch zu einer die Längsmittelachse des Stellelementes aufnehmenden Symmetrieebene angeordnet ist und sich über die gesamte axiale Projektionsfläche des Innenumfangs der Aussparung in den Permanentmagnetmitteln erstreckt.
Gemäß einer alternativen, nicht dargestellten Ausgestaltung sind anstelle von einer einzigen Nut, mehrere parallele Nuten vorgesehen, die bevorzugt jeweils oder alternativ in Summe die vorgenannten Abmessungen aufweisen.
Besonders bevorzugt ist es, wenn die Vertiefung eine durchschnittliche (arithmetisches Mittel) in axialer Richtung gemessene Tiefenerstreckung t aufweist, die mindestens 20% und maximal 60% der Quadratwurzel der Flächenerstreckung der Vertiefung innerhalb der axialen Projektion der Stirnseite des Stellelementes beträgt. Wobei t_min abhängig von der Ölviskosität, d. h. auch abhängig von der (Öltemperatur ist und t_max abhängig von der magnetischen Sättigung, bzw. vom Magnetfluss im Kern beeinflusst wird. Hierdurch wird zum einen die schmiermittelbedingte Haftkraft reduziert und zum anderen eine ausreichende mechanische Stabilität, Robustheit und Langlebigkeit des Stellelementes sichergestellt.
In Weiterbildung der Erfindung ist mit Vorteil vorgesehen, dass die Vertiefung eine Flächenerstreckung aufweist bzw. für den Fall, dass sich die Vertiefung in radialer Richtung über die Innenumfangskontur der Aussparung hinaus erstreckt der Flächenanteil der Vertiefung innerhalb der axialen Projektion der Innenumfangskontur mindestens eine sich senkrecht zur Tiefenerstreckung der Vertiefung erstreckende Flächenerstreckung aufweist, die mindestens 20% und maximal 80% der Querschnittsfläche entspricht, die vom Außenumfang der Permanentmagnetmittel umgeben ist. Für den Fall, dass die Außenumfangskontur der Permanentmagnetmittel über ihre Axialerstreckung variieren sollte ist die Querschnittsfläche mit der maximalen Erstreckung, d. h. die maximale Querschnittsfläche, gemeint.
Im Hinblick auf die konkrete Ausbildung der Querschnittsflächengeometrie der Vertiefung gibt es unterschiedliche Möglichkeiten, ganz besonders bevorzugt ist es, wenn die Vertiefung eine rechteckige Querschnittsfläche aufweist, d. h. eine sich senkrecht zu zwei parallelen Seitenflächen erstreckende Bodenfläche umfasst.
Anstelle einer sich in linearer Richtung erstreckenden Nut ist es denkbar, die Vertiefung kreisförmig auszubilden, wobei es bevorzugt ist, wenn die in der Draufsicht kreisförmige Vertiefung zentrisch von der (gedacht verlängerten) Längsmittelachse des Stellelements durchsetzt ist, wobei auch eine exzentrische Anordnung zu dieser Längsmittelachse denkbar ist. Alternativ ist es möglich die Vertiefung in der Draufsicht in Ringform, d. h. umfangsgeschlossen auszubilden, nicht notwendigerweise jedoch bevorzugt als Kreisringform. Dabei umschließt der Kreisring radial innen die Kontaktfläche oder den Kontaktflächenbereich der mit der gegenüberliegenden Kontaktfläche in einer Schaltstellung zusammenwirkt bzw. an dieser anliegt. Für den Fall, dass sich der Kreisring in radialer Richtung über das Stellelement hinaus erstreckt ist radial außerhalb der zentrischen Kontaktfläche keine weitere Kontaktfläche vorgesehen. Es ist jedoch auch denkbar, dass die ringförmige Vertiefung zwei, beispielsweise konzentrisch angeordnete Kontaktflächenabschnitte voneinander trennt.
Besonders bevorzugt ist es, wenn die Stirnseite des Stellelementes, an welche eine Kontaktfläche ausgebildet ist, axial über die Permanentmagnetmittel in Richtung des Kernbereichs vorsteht, um zu verhindern, dass die Permanentmagnetmittel am Kernbereich anschlagen. Bevorzugt überragt das Stellelement die Permanentmagnetmittel um weniger als 5 mm, noch weiter bevorzugt um weniger als 3 mm, besonders bevorzugt um mehr als 0,5 mm.
Um eine optimale Führung des Stelleelementes zu gewährleisten ist in Weiterbildung der Erfindung auf der den Kernelement axial gegenüberliegenden Seite ein gleichzeitig als Joch wirkendes, stationäres Lagerelement, vorzugsweise in Form einer Lagerhülse vorgesehen, wobei es besonders zweckmäßig ist, wenn in diesem Lagerelement ein Zu- und/oder Ablaufkanal für flüssiges Schmiermittel vorgesehen ist.
Die Erfindung betrifft auch eine Nockenwellenverstellvorrichtung zum Verstellen einer Nockenwelle in einem Verbrennungsmotor eines Kraftfahrzeugs, insbesondere in einem Personenkraftwagen, mit einer aus dem Konzept der Erfindung ausgebildeten elektromagnetischen Stellvorrichtung als Aktor zur Realisierung der Verstellbewegungen der Nockenwelle des Verbrennungsmotors.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele sowie anhand der Zeichnungen.
Diese zeigen in:
1 eine teilgeschnittene Ansicht einer Ausführungsform einer nach dem Konzept der Erfindung ausgebildeten elektromagnetischen Stellvorrichtung,
2a eine mögliche Ausführungsvariante der Kombination aus Stellglied und Kernbereich, wobei im Kernbereich eine nutartige Vertiefung vorgesehen ist,
2b eine Draufsicht auf die den Kernbereich mit angedeutetem Außenumfang der Stirnseite des Stellgliedes,
3a eine alternative Ausführungsvariante der Kombination von Stellglied und Kernbereich, wobei im Kernbereich eine ringförmige, radial außen offene Vertiefung vorgesehen ist,
3b eine Draufsicht auf den Kernbereich,
4a eine weitere alternative Ausführungsvariante der Kombination aus Stellglied und Kernbereich, wobei im Stellglied eine radial nach außen offene ringförmige Vertiefung vorgesehen ist,
4b eine Draufsicht auf das Stellglied mit den Permanentmagnetmitteln,
5a eine weitere alternative Ausführungsvariante der Kombination aus Stellglied und Kernbereich, wobei im Kernbereich eine radial nach außen und radial nach innen begrenzte Ringnut vorgesehen ist,
5b eine Draufsicht auf den Kernbereich mit angedeutetem Außenumfang der Stirnseite des Stellgliedes,
6a eine weitere alternative Ausführungsvariante der Kombination aus Stellglied und Kernbereich mit einer nutartigen und integrierten kreisförmigen Vertiefung in der Stirnseite des Stellgliedes,
6b eine Draufsicht auf das Stellglied gemäß 6a.
In den Figuren dargestellte Elemente und Elemente mit der gleichen Funktion werden mit den gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet.
1 zeigt die Realisierung einer elektromagnetischen Stellvorrichtung gemäß einer bevorzugten Ausführungsform, wobei aus 1 aufgrund des gewählten Maßstabes die an dem Stellelement und/oder ab dem Kernbereich angeordneten Mittel zur Reduzierung einer schmiermittelbedingten Haftkraft nicht sichtbar bzw. eingezeichnet sind. Mögliche alternative Ausgestaltungen der Mittel ergeben sich aus den Detailzeichnungen gemäß den 2a bis 6b.
In 1 ist eine elektromagnetische Stellvorrichtung 1 für einen Nockenwellenverstellantrieb gezeigt. Die Nockenwelle (nicht dargestellt) wird unmittelbar oder mittelbar betätigt mit Hilfe eines durchgehend langgestreckten, bolzenförmigen Stellgliedes 2 (Anker), welches in einem hülsenförmigen Lagerelement 3, dass gleichzeitig die Funktion eines magnetischen Joches übernimmt in axialer Richtung verstellbar geführt ist. Die elektromagnetische Stellvorrichtung 1 umfasst innerhalb eines topfförmigen Gehäuses 4 eine an sich bekannte, nicht dargestellte Spuleneinrichtung, der ein magnetischer Kernbereich 5 (Kern) zugeordnet ist. Mit Hilfe der Spuleneinrichtung lässt sich das Stellelement 2 in axialer Richtung verstellen. Auf der von der Spuleneinrichtung abgewandten Stirnseite des Stellelements 2 befindet sich dieser Eingriffsbereich in dem gezeigten Ausführungsbeispiel, wobei dieser auch mantelseitig vorgesehen werden kann.
Dem Stellglied 2 sind Permanentmagnetmittel 6 (Permanentmagnet) zugeordnet, die in dem gezeigten Ausführungsbeispiel die Form einer Zylinderscheibe haben. Diese sitzen auf der Mantelfläche 7, d. h. mantelseitig, eines vorderen, zylindrischen Abschnittes des Stellgliedes 2. Letzteres durchsetzt eine zylindrisch konturierte, zentrische Aussparung 8 der Permanentmagnetmittel 6. Diese sind, beispielsweise durch Lagerschweißen materialschlüssig, am Stellelement 2 festgelegt. Die Permanentmagnetmittel 6 dienen dazu das Stellelement 2 bei nicht bestromter Spuleneinrichtung in der dargestellten (in der Zeichnungsebene linken) Schaltstellung zu halten, in der sich das Stellelement 2 mit einer Stirnseite 9, genauer und einer an dieser ausgebildeten stellelementseitigen Kontaktfläche 10 an einer dazu parallelen kernbereichsseitigen Kontaktfläche 11 abstützt. Durch Bestromung der Spuleneinrichtung werden die Permanentmagnetmittel 6 abgestoßen und das Stellelement 2 zusammen mit diesem nach in der Zeichnungsebene rechts in eine zweite Schaltstellung verstellt.
Wie 1 zu entnehmen ist, ist die elektromagnetische Stellvorrichtung 1 in einem nur ausschnittsweise dargestellten Motorblock 12 gehalten. Dabei ist im Lagerelement 3 ein Zu- und/oder Ablaufkanal 13 für flüssiges Schmiermittel, hier Motoröl gebildet. Radial versetzt zu dem Zu- und Ablaufkanal 13 befindet sich innerhalb des Motorblocks 12 ein weiterer Kanal 14 für das Schmiermittel.
In 2a ist eine mögliche Ausführungsvariante der Kombination Stellelement 2 und Kernbereich 5 gezeigt. Bei der gezeigten Variante ist das Stellelement 2 zumindest in dem gezeigten vorderen Abschnitt zylindrisch konturiert und durchsetzt eine entsprechend innenzylindrisch konturierte Aussparung 8 in den als Zylinderscheibe ausgebildeten Permanentmagnetmitteln 6. Der Durchmesser der Aussparung 8 entspricht also im Wesentlichen dem Durchmesser des Stellelementes 2 in dem vorderen Bereich. Letzteres durchsetzt die Aussparung 8 in axialer Richtung und überragt die Permanentmagnetmittel 6 um weniger als 5 mm, bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel um 0,5 mm.
An der dem Kernbereich 5 zugewandten Stirnseite 9 des Stellelementes 2 ist eine stellelementseitige Kontaktfläche 10 ausgebildet, mit welcher das Stellelement 2 bei unbestromter elektromagnetischer Spuleneinrichtung an einer gegenüberliegenden kernelementseitigen Kontaktfläche 11 anliegt. Im Kernbereich 5 sind Mittel 15 in Form einer Vertiefung zur Reduzierung einer schmiermittelbedingten Haftkraft vorgesehen. In dem gezeigten Ausführungsbeispiel handelt es sich bei den Mitteln 15 um eine lineare, im Querschnitt radial verlaufende rechteckige Nut 16, deren Verlauf und Flächenerstreckung sich aus 2b ergibt.
In 2b ist eine Draufsicht auf den Kernbereich 5 mit seiner kernbereichsseitigen Kontaktfläche 11 gezeigt. Ferner ist eingezeichnet die axiale Projektion 17 (axiale Projektionsfläche) der Aussparung 8 (vgl. 2a) in den Permanentmagnetmitteln 6. In dem gezeigten Ausführungsbeispiel beträgt diese axiale Projektionsfläche 17 20 mm². Die Vertiefung innerhalb dieser axialen Projektion 17 weist in dem gezeigten Ausführungsbeispiel eine Fläche von 10 mm² auf. Dies entspricht 50% der Querschnittsfläche der Aussparung 8 und damit der axialen Projektionsfläche 17 der Innenumfangskontur der Aussparung 8. Die Nut 16 (Vertiefung) hat in dem Bereich innerhalb der axialen Projektion 17 der Innenumfangskontur eine Länge l von 5,0 mm (entspricht Umfangskontur der Aussparung 8) und eine sich senkrecht dazu erstreckende Breite b von 2,0 mm. Die Nut 16 innerhalb des Kernbereichs 5 ragt über, minimal 10% über die Innenumfangskontur der Aussparung 8 und maximal über die gesamte Innenumfangskontur bzw. bis zum Umfangsrand 19 des Kernbereichs 5, die axiale Projektionsfläche 17 der Innenumfangskontur der Aussparung 8 hinaus. Bevorzugt, wie im gezeigten Ausführungsbeispiel beschrieben, erstreckt sich die Nut 16 über die gesamte gesamte Innenumfangskontur des Kernbereichs 5. Die Breite b der Nut 16 entspricht also 40% der projezierten Länge l der Nut 16 innerhalb der axialen Projektion 17. Die Stirnseite 9 des Stellelementes 2 ist als ebene Kreisfläche ausgebildet und weist keine Vertiefungen auf.
Aus 2a ergibt sich eine arithmetisch mittlere Tiefenerstreckung in axialer Richtung, d. h. senkrecht der Flächenerstreckung der Nut 16 von t = 0,7 mm. Dies entspricht 22% der Quadratwurzel der Flächenerstreckung der Nut 16 innerhalb der axialen Projektion 17 der Innenumfangskontur der Aussparung 8.
Auch bei dem Ausführungsbeispiel gemäß den 3a und 3b liegt das Stellelement 2 mit seiner Stirnseite 9, genauer mit einer kreisförmigen stellelementseitigen Kontaktfläche 10 am Kernbereich 5, genauer an einer kernbereichsseitigen Kontaktfläche 11 an. Die Mittel 15 sind als ringförmige Vertiefung 18 im Kernbereich 5 ausgebildet, wobei sich die ringförmige Vertiefung 18 bis zum Umfangsrand 19 des Kernbereichs 5 erstreckt, also in radialer Richtung bis über die axiale Projektion 17 der Aussparung 8 in den Permanentmagnetmitteln 6 hinaus. Zur Verdeutlichung ist in 3b die der Querschnittsfläche der Aussparung 8 entsprechende axiale Projektion 17 des Innenumfangs der Aussparung 8 eingezeichnet sowie die konzentrisch dazu angeordnete kernbereichsseitige Kontaktfläche 11. Der ringförmige Bereich zwischen der radial äußeren Grenze der axialen Projektion 17 und der radial äußeren Grenze der kernbereichsseitigen Kontaktfläche 11 ist der Teil der ringförmigen Vertiefung 18 bzw. der Mittel 15 innerhalb der axialen Projektion 17. Dieser Teil der ringförmigen Vertiefung 18 hat eine Flächenerstreckung von 13 mm². Die Flächenerstreckung der axialen Projektion 17, d. h. die Querschnittsfläche der Aussparung 8 beträgt 20 mm². In der Folge entspricht die ringförmige Vertiefung 18 (Mittel 15) innerhalb der axialen Projektion 17 65% der Querschnittsfläche der Aussparung 8. Der radial außerhalb der Projektion 17 liegende Anteil der Mittel 15 bleibt der Verhaltnisbetrachtung ohne Berücksichtigung.
Aus 3a ergibt sich, dass die Tiefenerstreckung t (mittlere Tiefenerstreckung) der Mittel 15 0,6 mm beträgt. Das sind 28% der Quadratwurzel der Flächenerstreckung der ringförmigen Vertiefung 18 innerhalb der axialen Projektion 17.
In den 3a und 3b ist eine alternative Gestaltung der Mittel 15 gezeigt.
Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß 4a sind die Mittel 15 nicht im Kernbereich 5 sondern im Stellelement 2 vorgesehen und als Ringvertiefung 20 ausgebildet, die sich bis zum Umfangsrand des im vorderen teils zylindrisch konturierten Stellelementes 2 erstreckt. In 4b ist eine Draufsicht auf das Stellelement 2, genauer auf dessen stellelementseitige Kontaktfläche 10 gezeigt. Ferner ist die axiale Projektion 17 der inneren Umfangskontur der Aussparung 8 in den Permanentmagnetmitteln 6 gezeigt und dargestellt. Der Ringradial zwischen der Projektion 17 und der stellelementseitigen Kontaktfläche 10 entspricht der Ringvertiefung 20 bzw. den Mitteln 15 innerhalb der Projektion 17 und weist eine Flächenerstreckung von 13 mm². Die Flächenerstreckung der Querschnittsfläche der Aussparung 8, d. h. der axialen Projektion 17 der Innenumfangskontur des Innenumfangs der Aussparung 8 entspricht 20 mm². Somit ergibt sich ein Verhältnis der Fläche der Mittel 15 an der Projektionsfläche 17 von 65%. In 4b ist ferner die kreisförmige Außenumfangskontur der Permanentmagnetmittel 6 gezeigt. Diese umschließen eine Querschnittsfläche 21 von 200 mm². Die Flächenerstreckung der Mittel 15 innerhalb der Projektion 17 entspricht demnach 10% dieser Querschnittsfläche 21.
In 5a ist eine weitere alternative Ausführungsvariante dargestellt. Die Mittel 15 sind ausschließlich im Kernbereich 5 und nicht im Stellelement 2 vorgesehen und als radial innen sowie radial außen begrenzte Ringvertiefung 22 ausgebildet, die mit Radialabstand zum Außenumfang des Kernbereichs 5 endet und radial innen die kernbereichsseitige Kontaktfläche 11 begrenzt. Eine Draufsicht auf den Kernbereich 5 ist in 5b gezeigt. Zu erkennen ist die zentrische kernbereichsseitige Kontaktfläche 11 in Kreisform. Ferner ist zur Verdeutlichung eingezeichnet die axiale Projektion 17 des Innenumfangs der Aussparung 8 in den Permanentmagnetmitteln, sowie die radial äußere Grenze 23 des Rings der Mittel 15, der radial außen begrenzt von der Projektion 17 und radial innen von der kernbereichseitigen Kontaktfläche 11 weist eine Flächenerstreckung von 13 mm² auf. Die Flächenerstreckung der Projektion 17 bzw. der Querschnittsfläche der Aussparung 8 beträgt 20 mm². Insofern entspricht die Flächenerstreckung der Ringvertiefung 22 innerhalb der Projektion 17 65% der Projektionsfläche 17 und damit der Querschnittsfläche der Aussparung. Aus 5a ergibt sich, dass die mittlere Vertiefung t der Mittel 15 3,5 mm beträgt. Das entspricht 62% der Quadratwurzel der Flächenerstreckung der Mittel 15 innerhalb der axialen Projektion der Innenumfangskontur der Aussparung 8. Die Außenumfangskontur 24 der Permanentmagnetmittel 6 umschließt eine Querschnittsfläche 21 von 200 mm². Insofern entspricht die Flächenerstreckung der Mittel 15 innerhalb der Projektion 17 16% dieser Querschnittsfläche 21.
Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß den 6a und 6b umfassen die Mittel 15 eine lineare Nut 25 und eine kreisförmige Vertiefung 26 innerhalb des Stellelementes 2, wie dies insbesondere in der Draufsicht gemäß 6a zu erkennen ist. Die Länge l dieser Nut 25 innerhalb der axialen Projektion 17 der Aussparung 8 in den Permanentmagnetmitteln 6 beträgt 5 mm (entspricht Umfangskontur der Aussparung 8). Die Breite b der Nut beträgt 1 mm. Die Breite b beträgt also 20% der Länge l. Konzentrisch zur Aussparung 8 in den Permanentmitteln 6 ist zusätzlich zur Nut 25 die vorerwähnte kreisförmige Vertiefung 26 eingebracht. Der Ausschnitt zwischen der Projektion 17 und der stellelementseitigen Kontaktfläche 10 entspricht der Nut-/Kreisvertiefung 25 plus 26 bzw. den Mitteln 15 innerhalb der Projektion 17 und weist eine Flächenerstreckung von 13 mm² auf. Die axiale Projektion 17 hat eine Flächenerstreckung von 20 mm². Insofern entspricht die Flächenerstreckung der Mittel 15 innerhalb der Projektion 17 65% der Querschnittsfläche der Aussparung 8 und 16% der von der Außenkontur 24 der Permanentmagnetmittel 26 umgebenen (kreisförmigen) Querschnittsfläche 21. Die mittlere Tiefenerstreckung t der Nut 25 und der kreisförmigen Vertiefung 26 entspricht 8% der Quadratwurzel der Flächenerstreckung der Nut 25 und der kreisförmigen Vertiefung 26 innerhalb der axialen Projektion 17.
Bezugszeichenliste

1: elektromagnetische Stellvorrichtung
2: Stellglied
3: Lagerelement
4: Gehäuse
5: Kernbereich
6: Permanentmagnetmittel
7: Mantelfläche
8: Aussparung
9: Stirnseite
10: stellelementseitige Kontaktfläche
11: kernbereichseitige Kontaktfläche
12: Motorblock
13: Zu- und/oder Ablaufkanal
14: Kanal
15: Mittel
16: Nut
17: Projektion
18: ringförmige Vertiefung
19: Umfangsrand
20: Ringvertiefung
21: Querschnittsfläche
22: Ringvertiefung
23: Grenze
24: Außenumfangskontur
25: Nut
26: kreisförmige Vertiefung

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

WO 2008/014996 A1 [0002]
DE 10119291 A1 [0003]

Claims

Elektromagnetische Stellvorrichtung (1), insbesondere für eine Nockenwellenverstellvorrichtung in einem Verbrennungsmotor eines Kraftfahrzeuges, mit einem endseitig einen Eingriffsbereich ausbildenden und durch die Kraft einer stationär vorgesehenen Spuleneinrichtung bewegbaren langgestreckten, vorzugsweise zumindest abschnittsweise eine zylindrische Hüllkontur aufweisenden, Stellelement (2), das eine Aussparung in mantelseitig angeordneten Permanentmagnetmittel (6) durchsetzt, die zum Zusammenwirken mit einem stationären Kernbereich (5) ausgebildet sind, und das in einer Schaltstellung mit einer stirnseitigen stellelementseitigen Kontaktfläche (10) an einer kernbereichsseitigen Kontaktfläche (11) anliegt, und wobei Mittel (15) in Form mindestens einer Vertiefung zur Reduzierung einer schmiermittelbedingten Haftkraft zwischen dem Stellelement (2) und dem Kernbereich (5) vorgesehen sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Vertiefung innerhalb der axialen Projektion (17) der Innenumfangskontur der von dem Stellelement (2) durchsetzten Aussparung (8) mindestens eine sich senkrecht zur Tiefenerstreckung der Vertiefung erstreckende Flächenerstreckung aufweist, die mindestens 20% und maximal 80% der Querschnittsfläche der Aussparung (8) in den Permanentmagnetmitteln (6) entspricht.
Elektromagnetische Stellvorrichtung (1), insbesondere nach Anspruch 1, bevorzugt für eine Nockenwellenverstellvorrichtung im Verbrennungsmotor eines Kraftfahrzeuges, mit einem endseitig einen Eingriffsbereich ausbildenden und durch die Kraft einer stationär vorgesehenen Spuleneinrichtung bewegbaren langgestreckten, zumindest abschnittsweise eine zylindrische Hüllkontur aufweisenden, Stellelement (2), das eine Aussparung (8) in mantelseitig angeordneten Permanentmagnetmittel (6) durchsetzt, die zum Zusammenwirken mit einem stationären Kernbereich (5) ausgebildet sind, und das in einer Schaltstellung mit einer stirnseitigen stellelementseitigen Kontaktfläche (10) an einer kernbereichsseitigen Kontaktfläche (11) anliegt, und wobei Mittel (15) in Form einer einzigen als langgestreckte Nut ausgebildeten Vertiefung mit einer innerhalb der axialen Projektion (17) der Innenumfangskontur der von dem Stellelement (2) durchsetzten Aussparung (8) gemessenen Länge (l) und einer Breite (b) zur Reduzierung einer schmiermittelbedingten Haftkraft zwischen dem Stellelement (2) und dem Kernbereich (5) vorgesehen sind, dadurch gekennzeichnet, dass die in der axialen Projektion (17) gemessene Breite (b) der Nut mindestens 20% und maximal 80% der in der axialen Projektion (17) gemessenen Länge (l) der Nut entspricht.
Stellvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Flächenerstreckung der Vertiefung innerhalb der axialen Projektion (17) der Innenumfangskontur der Aussparung 40% bis 60%, bevorzugt etwa 50% der Querschnittsfläche der Aussparung (8) in den Permanentmagnetmitteln (6) entspricht.
Stellvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vertiefung eine durchschnittliche in axialer Richtung innerhalb der axialen Projektionsfläche der Innenumfangskontur der Aussparung (8) gemessene Tiefenerstreckung (t) aufweist, die mindestens 20% und maximal 80% der Quadratwurzel der Flächenerstreckung der Vertiefung innerhalb der axialen Projektion (17) der Innenumfangskontur der Aussparung (8) beträgt.
Stellvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vertiefung innerhalb der axialen Projektion (17) der Innenumfangskontur der von dem Stellelement (2) durchsetzten Aussparung (8) mindestens eine sich senkrecht zur Tiefenerstreckung der Vertiefung erstreckende Flächenerstreckung aufweist, die mindestens 20% und maximal 80% der von einer Außenumfangskontur der Permanentmagnetmittel (6) umgebenen Querschnittsfläche (21) entspricht.
Stellvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine mehrere, bevorzugt eine einzige Vertiefung als Mittel (15) zur Reduzierung der schmiermittelbedingten Haftkraft vorgesehen ist.
Stellvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine, insbesondere ausschließlich eine, Vertiefung im Kernbereich (5), den Permanentmagnetmitteln (6) oder im Stellelement (2) vorgesehen ist.
Stellvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine, vorzugsweise ausschließlich eine, Vertiefung eine rechteckige oder kreisrunde Querschnittsfläche (21) aufweist.
Stellvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine, vorzugsweise ausschließlich eine, Vertiefung in einer axialen Draufsicht kreisförmig oder ringförmig, insbesondere kreisringförmig, konturiert ist.
Stellvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine, vorzugsweise ausschließlich eine, Vertiefung in radialer Richtung bis zum Umfangsrand des Kernbereichs (5) oder des Stellelementes reicht oder mit Radialabstand zu diesem endet.
Stellvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als Schmiermittel in der Stellvorrichtung Motoröl eines Verbrennungsmotors eines Kraftfahrzeugs vorgesehen ist.
Stellvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Stirnseite (9) des Stellelementes (2) axial über die Permanentmagnetmittel (6) in Richtung Kernbereich (5) vorsteht.
Stellvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass dem Kernelement (5) axial gegenüberliegend ein als Joch wirkendes stationäres, vorzugsweise einen Zu- und/oder Ablaufkanal (13) für flüssiges Schmiermittel aufweisendes, Lagerelement (3) für das zumindest abschnittsweise kolbenförmig ausgebildete Stellelement (2) zugeordnet ist.
Nockenwellenverstellvorrichtung zum Verstellen einer Nockenwelle in einem Verbrennungsmotor eines Kraftfahrzeugs mit einer elektromagnetischen Stellvorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche als Aktor für die Verstellbewegung der Nockenwelle.
Verwendung einer elektromagnetischen Verstellvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10 als Aktor zum Verstellen einer Nockenwelle in einem Verbrennungsmotor eines Kraftfahrzeugs.