EP2050107A1 - Elektromagnetische stellvorrichtung - Google Patents

Elektromagnetische stellvorrichtung

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Publication number
EP2050107A1
EP2050107A1 EP07786506A EP07786506A EP2050107A1 EP 2050107 A1 EP2050107 A1 EP 2050107A1 EP 07786506 A EP07786506 A EP 07786506A EP 07786506 A EP07786506 A EP 07786506A EP 2050107 A1 EP2050107 A1 EP 2050107A1
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EP
European Patent Office
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actuating element
actuator
permanent magnet
actuating
sections
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Application number
EP07786506A
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English (en)
French (fr)
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EP2050107B1 (de
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Thomas Golz
Achim Riedle
Uwe Wagner
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ETO Magnetic GmbH
Original Assignee
ETO Magnetic GmbH
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Publication date
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    • F01L2013/0052—Modifications of valve-gear to facilitate reversing, braking, starting, changing compression ratio, or other specific operations for optimising engine performances by modifying valve lift according to various working parameters, e.g. rotational speed, load, torque the valves being driven by two or more cams with different shape, size or timing or a single cam profiled in axial and radial direction with cams provided on an axially slidable sleeve
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    • H01F7/127—Assembling

Definitions

  • the invention relates to an electromagnetic adjusting device according to the preamble of claim 1.
  • Such devices are well known, for example, as actuators with electro-magnets and are used for a variety of applications.
  • the basic principle is that an actuating element in the form of a piston, which has an engagement region for the intended setting task, is guided in a housing as an armature between a stationary core region and a bearing element acting as a yoke and actuated by means of an electromagnet provided approximately in the core region can be.
  • the housing is designed to conduct the magnetic flux in order to close the magnetic circuit together with the yoke acting as a bearing element.
  • the adjusting element is integrally formed from a soft magnetic material.
  • the soft magnetic material By the soft magnetic material, the magnetic field lines are bundled, whereby the magnetic field is amplified in the region of the actuating element, which in turn faster switching times can be realized.
  • a disadvantage of the known adjusting device is that the mechanical loads acting unavoidably on the engagement region, which is likewise formed of the soft-magnetic material, of the actuating element have a low mechanical strength during the execution of methods. Stell tasks lead to increased wear of the control element in the engagement area.
  • a non-generic electromagnetic actuator which has a return spring instead of permanent magnet means.
  • the actuating element is formed in three pieces.
  • the three-piece design is necessary in the known device to form an abutment for the return spring.
  • an abutment serves the middle section of the known actuator.
  • the invention has for its object to form a generic electromagnetic actuator while maintaining short switching times robust.
  • the invention is based on the idea of dividing the actuating element into two sections and optimizing the first section in the region of the permanent magnet means, preferably radially within the permanent magnet means, with respect to the magnetic conductivity, ie form this section in such a way that the magnetic field lines are capable of high accelerations of the adjusting element and thus strongly bundled in order to amplify the force acting on the adjusting element of the coil means magnetic field and thereby the highest possible accelerations of the actuating element and thus realize short switching times.
  • the second section of the actuating element according to the invention comprises the end-side engagement region of the actuating element. This is not optimized with regard to the magnetic conductivity, but with regard to its strength in order to withstand the mechanical loads acting on it as long as possible, without damage.
  • an electromagnetic actuator Due to the subdivision of the actuator according to the invention into said two sections, of which the coil device side first section is optimized in terms of magnetic conductivity and the engaging portion portion with respect to its wear behavior, an electromagnetic actuator is obtained which guarantees both short switching times and a long life on the one hand , These properties are of decisive advantage in particular for the use of the electromagnetic actuating device according to the invention in motor vehicles, for example as a camshaft stroke switching or as a valve actuating device.
  • the second section that is to say the section optimized with regard to its wear behavior, extends into the bearing element acting as a yoke.
  • the bearing portion of the actuating element is thus wear-optimized and can absorb the frictional forces acting on it during a translatory adjustment movement without damage.
  • the two sections of the actuating element are preferably made of differently connected actuating element parts from different realized materials.
  • the actuating element is not integral, but preferably formed in two pieces, wherein the first, coil device-side actuator element, in particular by its choice of material, is optimized in terms of magnetic conductivity and the engagement area side actuator element is wear-optimized.
  • the choice of different materials to optimize the corresponding properties of the two actuator elements is advantageous because usually the demands for high magnetic conductivity and high mechanical strength are diametrically opposed.
  • the two actuator elements are not only, for example, spring-assisted to each other, but are rotatably connected to each other to ensure a synchronous movement of the composite of the two actuator elements actuator.
  • the first actuating element part is made of soft magnetic material in order to achieve extreme focusing of the magnetic field lines.
  • Soft magnetic materials are characterized by their easy magnetization.
  • both metallic and ceramic soft magnetic materials can be used to form the first actuator element part.
  • ferromagnetic metals such as iron, cobalt and nickel are suitable.
  • ferrites based on metal oxides can also be used.
  • this is formed, for example, from austenitic material. Austenite has a cubic-face-centered structure, with the hardness of austenite enormously, especially by cold deformation can be increased. Austenite is not ferromagnetic and is therefore not suitable for the formation of the first actuator element part.
  • the two actuator elements are arranged adjacent to each other in the axial direction.
  • the two actuator elements are directly adjacent to each other.
  • Such an embodiment is manufacturing technology advantageous because the two actuator elements only need to be connected to each other frontally.
  • the two actuator elements are not axially, but radially adjacent to each other.
  • the second, that is to say the engagement area-side actuating element part is formed as the first adjusting element part encompassing sections, for example shrunk or pressed on, sleeve.
  • the sleeve is closed at the front to protect the free end face of the actuating element against damage. If, on the other hand, the second actuating element part is formed only as a sleeve open on both sides, then the engagement region of the actuating element is formed by the lateral surface, in particular by radial depressions in the lateral surface.
  • the adjusting element is not formed in two pieces, but in one piece.
  • the actuating element preferably consists of soft magnetic material, wherein the second, wear-optimized section is formed by a section of the actuating element that has been hardened, in particular by heat treatment.
  • the permanent magnet means do not rest on the entire face of the bearing element, but that on the permanent means facing end side of the bearing element, preferably closed annular bead is provided, wherein the annular bead serves as a stop or abutment for the permanent magnet means in the extended position of the actuating element.
  • the end face having the annular bead is surrounded by a radially outer coaxial circumferential portion of the bearing element, which is sealed on the side facing away from the permanent magnet means with respect to a carrier, in particular an engine block.
  • Fig. 1 is a partial side sectional view of the electromagnetic actuator according to a preferred embodiment of the invention
  • FIG. 2 shows an enlarged detail view of the detail A according to FIG. 1;
  • FIG. 3 shows a possible embodiment of a two-part adjusting element, wherein the two actuating element parts are axially adjacent and welded together;
  • FIG. 4 shows a further possible embodiment of an actuating element, in which the actuating element is likewise designed in two parts, the second actuating element part with increased strength being designed as a sleeve;
  • FIG Fig. 5 shows a further exemplary embodiment of an actuating element, wherein it is formed in one piece with two sections and the second section with higher mechanical strength is designed as a hardened region
  • FIG Fig. 6 a further embodiment of an actuating element, which is formed in two pieces, wherein the two actuating element parts are positively connected to each other and glued or welded together.
  • an electromagnetic adjusting device 1 which cooperates with an actuating partner, not shown, in particular a camshaft Hubumsciens actuated.
  • the electromagnetic adjustment device 1 comprises a hollow-cylindrical, magnetically conductive sleeve element 2, within which an elongate piston-shaped control element 3 is arranged.
  • the adjusting element 3 passes through a permanent magnet arrangement 4 which is arranged non-rotatably on the latter and consists of a central, cylindrical soft iron disk 5 and on both sides of this arranged permanent magnet 6a, 6b with a larger diameter, but smaller thickness.
  • the adjusting element 3 is movably guided between a stationary core region 7 and a sleeve-shaped bearing element 8 which acts as a yoke, wherein the bearing element 8 is sealingly guided in a correspondingly measured hollow-cylindrical recess 9 of a carrier 10, for example an engine block section.
  • the core region 7 is part of a Spulenein- direction, not shown, in the left half of the drawing within the
  • Socket element 2 is arranged and when energized by generating a magnetic field adjusting on the Actuating element 3, in particular away from the core region 7, acts.
  • actuator 3 is made in two parts. It comprises a first actuating element part 3a, which is arranged in the region of the permanent magnet arrangement 4, and an axially adjacent second actuating element part 3b, which is guided inside the bearing element 8.
  • the second actuating element part 3b comprises an end even in the retracted state of the actuating element 3 from the bearing element 8 projecting engagement portion 11, which acts acting on the adjusting partner, not shown.
  • the two actuator elements 3a, 3b are positive locking, rotatably connected to each other and laser welded together at their ends.
  • the positive connection is realized with axially interlocking connection portions 12a, 12b, via which a torque in the circumferential direction between the two
  • the connecting portions 12a, 12b of the actuator parts 3a, 3b are arranged alternately in the circumferential direction.
  • the first actuator element 3a is made of soft iron and the right in the drawing plane, the engaging portion 11 comprehensive second actuator element 3b is formed of cold-formed austenite and therefore has a high mechanical strength.
  • FIG. 2 the detail A of Fig. 1 is shown enlarged.
  • a circumferentially closed annular bead 14 with a ner rounded end face is provided, wherein the annular bead 14 is arranged coaxially with a radial distance to the actuating element 3 and to the second actuator element 3b.
  • the extent of the annular bead 14 in the axial direction is about 3.0 mm.
  • the annular bead 14 forms a stop or an abutment for the permanent magnet 6b of the permanent magnet assembly 4.
  • the annular bead 14 is disposed radially within an outer peripheral wall 15 of the bearing element 8 and projects beyond this by about 0.3 mm.
  • the inner diameter of the circumferential wall 15 is greater than the maximum outer diameter of the permanent magnet arrangement 4.
  • actuating element 3 In Fig. 3, a possible further exemplary embodiment of an actuating element 3 is shown.
  • the illustrated control element 3 consists of two approximately equally long actuator elements 3a, 3b, which are frontally adjacent to each other and are welded together.
  • the abutment surface 16 of the two actuating element parts 3a, 3b has a larger area than the section of the actuating element parts 3a, 3b axially immediately adjacent to each other.
  • the two actuating element parts 3a, 3b are welded together, for example friction-welded, capacitor-welded or laser-welded.
  • the left in the drawing plane actuator element 3a is optimized in terms of its magnetic conductivity and formed of soft magnetic material, wherein the first actuator element 3a, the cylindrical permanent magnet assembly 4 is formed by passing.
  • the second actuator element 3b is formed of mechanically strong, hard material, so that it is optimized with respect to its wear properties. Due to the large distance to the core region 7, the magnetic properties of the second actuator element 3b do not matter.
  • the first actuating element part 3 a of soft magnetic material extends over the entire axial extent of the actuating element 3.
  • the engagement region 11 is provided with a second sleeve-shaped actuating element part 3 b with higher mechanical strength wherein the second actuator element 3b forms the engagement region 11.
  • the sleeve-shaped control element part 3b is shrunk or pressed onto the first control element part 3a, for example. Gluing is also conceivable.
  • the sleeve may also be designed to be closed at the end so as to likewise protect the end face 17 of the actuating element 3 from mechanical loads.
  • the permanent magnet arrangement 4 is received in a form-fitting manner in the axial direction in a circumferential groove 18 of the adjusting element 3.
  • the adjusting element 3 is formed in one piece, wherein the adjusting element 3 is made continuously of soft magnetic material.
  • the actuator 3 is subdivided into a first permanent magnet side uncured portion 19 and a bearing portion and the engagement portion 11 comprehensive second hardened portion 20. By curing the second portion 20 of the actuating element 3, the actuating element 3 in the area within the bearing element 8 and in the engagement portion 11th wear-optimized.
  • FIG. 6 is an enlarged representation of the actuating element 3 according to FIG. 1. With regard to the details, reference is made to the description of FIG.

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Description

Elektromagnetische Stellvorrichtung
Die Erfindung betrifft eine elektromagnetische Stellvor- richtung gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1.
Derartige Vorrichtungen sind beispielsweise als Stellvorrichtungen mit Elektrohaftmagneten hinlänglich bekannt und werden für eine Vielzahl von Einsatzzwecken genutzt. Das Grundprinzip besteht darin, dass ein als Kolben ausgebildetes Stellelement, welches endseitig einen Eingriffsbereich für die vorgesehene Stellaufgabe aufweist, in einem Gehäuse als Anker zwischen einem stationären Kernbereich und einem als Joch wirkenden Lagerelement geführt ist und mittels ei- nes etwa im Kernbereich vorgesehenen Elektromagneten betätigt werden kann. Üblicherweise ist das Gehäuse den magnetischen Fluss leitend ausgebildet, um den magnetischen Kreis zusammen mit dem als Joch wirkenden Lagerelement zu schließen.
In der DE 102 40 774 Al der Anmelderin ist eine elektromagnetische Stellvorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1 beschrieben. Bei der bekannten Stellvorrichtung ist das Stellelement einstückig aus einem weichmagnetischen Werkstoff ausgebildet. Durch das weichmagnetische Material werden die magnetischen Feldlinien gebündelt, wodurch das magnetische Feld im Bereich des Stellelementes verstärkt wird, wodurch wiederum schnellere Schaltzeiten realisiert werden können. Nachteilig bei der bekannten Stellvorrich- tung ist jedoch, dass die unvermeidlich auf den ebenfalls aus dem weichmagnetischen Werkstoff ausgebildeten Eingriffbereich des Stellelements mit geringer Festigkeit wirkenden mechanischen Belastungen während der Ausführung von Ver- stellaufgaben zu einem erhöhten Verschleiß des Stellelementes im Eingriffsbereich führen.
Aus der DE 102 40 774 Al der Anmelderin ist als Stand der Technik weiterhin eine nicht gattungsgemäße elektromagnetische Stellvorrichtung bekannt, die anstelle von Permanentmagnetmitteln eine Rückstellfeder aufweist. Bei dieser Vorrichtung ist das Stellelement dreistückig ausgebildet. Die dreistückige Ausbildung ist bei der bekannten Vorrichtung notwendig, um ein Widerlager für die Rückstellfeder zu bilden. Als Widerlager dient das mittlere Teilstück der bekannten Stellvorrichtung.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine gattungsge- mäße elektromagnetische Stellvorrichtung unter Beibehaltung kurzer Schaltzeiten robuster auszubilden.
Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen des Anspruches 1 gelöst .
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
Der Erfindung liegt der Gedanke zugrunde, das Stellelement in zwei Abschnitte aufzuteilen und den ersten Abschnitt im Bereich der Permanentmagnetmittel, vorzugsweise radial innerhalb der Permanentmagnetmittel, hinsichtlich der magnetischen Leitfähigkeit zu optimieren, also diesen Abschnitt derart auszubilden, dass die magnetischen Feldlinien mög- liehst hohe Beschleunigungen des Stellelements und damit stark gebündelt werden, um das auf das Stellelement von der Spuleneinrichtung wirkende Magnetfeld zu verstärken und dadurch möglichst hohe Beschleunigungen des Stellelementes und damit kurze Schaltzeiten zu realisieren. Der zweite Abschnitt des Stellelementes umfasst gemäß der Erfindung den endseitigen Eingriffsbereich des Stellelementes. Dieser ist nicht hinsichtlich der magnetischen Leitfähigkeit, sondern hinsichtlich seiner Festigkeit optimiert, um den auf ihn wirkenden mechanischen Belastungen möglichst lange, ohne Beschädigungen stand zu halten. Aufgrund der erfindungsgemäßen Unterteilung des Stellelementes in die genannten zwei Abschnitte, von denen der spuleneinrichtungsseitige erste Abschnitt hinsichtlich der magnetischen Leitfähigkeit und der den Eingriffsbereich umfassende Abschnitt hinsichtlich seines Verschleißverhaltens optimiert ist, wird eine elektromagnetische Stellvorrichtung erhalten, die einerseits kurze Schaltzeiten und andererseits eine lange Lebensdauer garantiert. Diese Eigenschaften sind insbesondere für den Einsatz der erfindungsgemäßen elektromagnetischen Stellvorrichtung in Kraftfahrzeugen, beispielsweise als Nockenwel- len-Hubumschaltung oder als Ventilstellvorrichtung von entscheidendem Vorteil.
In Weiterbildung der Erfindung ist mit Vorteil vorgesehen, dass sich der zweite Abschnitt, also der hinsichtlich seines Verschleißverhaltens optimierte Abschnitt, bis in das als Joch wirkende Lagerelement hinein erstreckt. Gemäß der bevorzugten Weiterbildung ist somit nicht nur der Eingriffsbereich, sondern auch der Lagerabschnitt des Stellelementes verschleißoptimiert und kann die während einer translatorischen Verstellbewegung auf ihn wirkenden Reibkräfte ohne Schädigung aufnehmen.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind die beiden Abschnitte des Stellelementes durch vorzugsweise miteinander verbundene Stellelementteile aus unterschiedli- chen Materialien realisiert. Gemäß dieser bevorzugten Ausführungsform ist das Stellelement nicht einstückig, sondern bevorzugt zweistückig ausgebildet, wobei das erste, spulen- einrichtungsseitige Stellelementteil, insbesondere durch seine Materialwahl, hinsichtlich der magnetischen Leitfähigkeit optimiert ist und das eingriffsbereichsseitige Stellelementteil verschleißoptimiert ist. Die Wahl unterschiedlicher Materialien zur Optimierung der entsprechenden Eigenschaften der beiden Stellelementteile ist von Vorteil, da in der Regel die Forderungen nach hoher magnetischer Leitfähigkeit und hoher mechanischer Festigkeit diametral gegenüberliegen. Bevorzugt liegen die beiden Stellelementteile nicht nur, beispielsweise federkraftunterstützt aneinander an, sondern sind miteinander drehfest verbunden, um eine synchrone Bewegung des aus den beiden Stellelementteilen zusammengesetzten Stellelementes sicher zu stellen.
In Ausgestaltung der Erfindung ist mit Vorteil vorgesehen, dass das erste Stellelementteil aus weichmagnetischem Mate- rial ausgebildet ist, um eine extreme Bündelung der magnetischen Feldlinien zu erreichen. Weichmagnetische Werkstoffe zeichnen sich durch eine leichte Magnetisierbarkeit aus. Grundsätzlich können sowohl metallische als auch keramische weichmagnetische Werkstoffe zur Ausbildung des ers- ten Stellelementteiles verwendet werden. Bevorzugt eignen sich ferromagnetische Metalle wie Eisen, Kobalt und Nickel. Jedoch können auch Ferrite auf Basis von Metalloxiden eingesetzt werden. Zur Realisierung einer guten mechanischen Festigkeit des zweiten Stellelementteiles ist in Ausgestal- tung der Erfindung vorgesehen, dass dieses beispielsweise aus austenitischem Material ausgebildet ist. Austenit besitzt eine kubisch-flächenzentrierte Struktur, wobei die Härte von Austenit insbesondere durch Kaltverformung enorm gesteigert werden kann. Austenit ist nicht ferromagnetisch und eignet sich daher nicht zur Ausbildung des ersten Stellelementteils .
In Weiterbildung der Erfindung ist mit Vorteil vorgesehen, dass die beiden Stellelementteile in axialer Richtung benachbart zueinander angeordnet sind. Bevorzugt liegen die beiden Stellelementteile unmittelbar aneinander an. Eine derartige Ausgestaltungsform ist fertigungstechnisch von Vorteil, da die beiden Stellelementteile lediglich stirnseitig miteinander verbunden werden müssen.
Gemäß einer alternativen, besonders stabilen Ausgestaltungsform der Erfindung ist mit Vorteil vorgesehen, dass die beiden Stellelementteile nicht axial, sondern radial benachbart zueinander angeordnet sind. Dies kann beispielsweise dadurch realisiert werden, dass das zweite, also das eingriffsbereichsseitige Stellelementteil als das erste Stellelementteil abschnittsweise umgreifende, beispiels- weise aufgeschrumpfte oder aufgepresste, Hülse ausgebildet ist. Dabei kann in Weiterbildung der Erfindung vorgesehen sein, dass die Hülse stirnseitig geschlossen ist, um auch die freie Stirnseite des Stellelementes vor einer Beschädigung zu schützen. Wird dagegen das zweite Stellelementteil lediglich als beidseitig offene Hülse ausgebildet, so wird der Eingriffsbereich des Stellelementes von der Mantelfläche, insbesondere von radialen Vertiefungen in der Mantelfläche, gebildet.
Zur Herstellung einer festen, langlebigen Verbindung zwischen den beiden Stellelementteilen ist in Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, dass diese miteinander verklebt oder verschweißt sind. Zusätzlich oder alternativ können die beiden Stellelement- teile formschlüssig miteinander verbunden werden, insbesondere um eine drehfeste Verbindung sicherzustellen.
Gemäß einer alternativen Ausgestaltungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass das Stellelement nicht zweistückig, sondern einstückig ausgebildet ist. Dabei besteht das Stellelement bevorzugt aus weichmagnetischem Material, wo- bei der zweite, verschleißoptimierte Abschnitt von einem, insbesondere durch Wärmebehandlung, gehärteten Abschnitt des Stellelementes gebildet ist.
Zur Verschleißoptimierung des als Joch wirkenden Lagerele- mentes, ist in Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, dass die Permanentmagnetmittel nicht auf der gesamten Stirnseite des Lagerelementes aufliegen, sondern dass auf der den Permanentmitteln zugewandten Stirnseite des Lagerelementes ein, vorzugsweise geschlossener Ringwulst vorgesehen ist, wobei der Ringwulst als Anschlag bzw. Widerlager für die Permanentmagnetmittel in der ausgefahrenen Position des Stellelementes dient. Bevorzugt ist die den Ringwulst aufweisende Stirnseite von einem radial äußeren koaxialen Um- fangsabschnitt des Lagerelementes umgeben, welcher auf der den Permanentmagnetmitteln abgewandten Seite gegenüber einem Träger, insbesondere einem Motorblock, abgedichtet ist. Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele sowie anhand der Zeichnungen; diese zeigen in:
Fig. 1: eine seitlichem teilgeschnittene Ansicht der elektromagnetischen Stellvorrichtung gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung;
Fig. 2: eine vergrößerte Detailansicht des Ausschnittes A gemäß Fig. 1;
Fig. 3: eine mögliche Ausführungsform eines zweiteiligen Stellelementes, wobei die beiden Stellelement- teile axial benachbart und miteinander verschweißt sind;
Fig. 4: eine weitere mögliche Ausführungsform eines Stellelementes, bei dem das Stellelement eben- falls zweiteilig ausgebildet, das zweite Stellelementteil mit erhöhter Festigkeit als Hülse ausgebildet ist;
Fig. 5: ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Stellele- mentteils, wobei dieses einstückig mit zwei Abschnitten ausgebildet ist und der zweite Abschnitt mit höherer mechanischer Festigkeit als gehärteter Bereich ausgebildet ist und Fig. 6: ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Stellelementes, welches zweistückig ausgebildet ist, wobei die beiden Stellelementteile formschlüssig miteinander verbunden sowie miteinander verklebt oder verschweißt sind.
In den Figuren sind gleiche Bauteile und Bauteile mit gleicher Funktion mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
In Fig. 1 ist eine elektromagnetische Verstellvorrichtung 1 gezeigt, die mit einem nicht gezeigten Stellpartner, insbesondere einer Nockenwellen-Hubumschaltung betätigend zusammenwirkt. Die elektromagnetische Verstellvorrichtung 1 um- fasst ein hohlzylindrisches, magnetisch leitendes Büchsen- element 2, innerhalb dessen ein langgestrecktes kolbenförmiges Stellelement 3 angeordnet ist. Das Stellelement 3 durchsetzt eine drehfest auf diesem angeordnete Permanentmagnetenanordnung 4, die aus einer mittleren, zylinderförmigen Weicheisenscheibe 5 sowie beidseitig dieser angeord- neter Permanentmagneten 6a, 6b mit einem größeren Durchmesser, jedoch geringerer Dicke, besteht. Das Stellelement 3 ist bewegbar zwischen einem stationären Kernbereich 7 sowie einem hülsenförmig ausgebildeten, als Joch wirkendes Lagerelement 8 geführt, wobei das Lagerelement 8 dichtend in ei- ner entsprechend gemessenen hohlzylindrischen Ausnehmung 9 eines Trägers 10, beispielsweise eines Motorblockabschnittes, geführt ist.
Der Kernbereich 7 ist Teil einer nicht gezeigten Spulenein- richtung, die in der linken Zeichnungshälfte innerhalb des
Buchsenelementes 2 angeordnet ist und die bei Bestromung durch Erzeugung eines Magnetfeldes verstellend auf das Stellelement 3, insbesondere von dem Kernbereich 7 weg, einwirkt .
Wie sich aus Fig. 1 ergibt, ist das kolbenförmige, inner- halb des Lagerelementes 8 geführte, Stellelement 3 zweiteilig ausgeführt. Es umfasst ein erstes Stellelementteil 3a, welches im Bereich der Permanentmagnetenanordnung 4 angeordnet ist und ein axial benachbartes zweites Stellelementteil 3b, welches innerhalb des Lagerelementes 8 ge- führt ist. Das zweite Stellelementteil 3b umfasst endseitig einen auch im eingezogenen Zustand des Stellelementes 3 aus dem Lagerelement 8 hervorstehenden Eingriffsbereich 11, welcher stellend auf den nicht dargestellten Stellpartner einwirkt. Die beiden Stellelementteile 3a, 3b sind form- schlüssig, drehfest miteinander verbunden sowie an ihren Stirnseiten miteinander laserverschweißt. Die formschlüssige Verbindung ist mit axial ineinandergreifenden Verbindungsabschnitten 12a, 12b realisiert, über die auch ein Drehmoment in Umfangsrichtung zwischen den beiden Stellele- mentteilen 3a, 3b in Umfangsrichtung übertragbar ist. Die Verbindungsabschnitte 12a, 12b der Stellelementteile 3a, 3b sind alternierend in Umfangsrichtung angeordnet.
Das in der Zeichnungsebene linke, erste Stellelementteil 3a ist aus Weicheisen und das in der Zeichnungsebene rechte, den Eingriffsbereich 11 umfassende zweite Stellelementteil 3b ist aus kaltverformtem Austenit ausgebildet und weist daher eine hohe mechanische Festigkeit auf.
In Fig. 2 ist das Detail A aus Fig. 1 vergrößert dargestellt. Zu erkennen ist ein Ausschnitt des Lagerelementes 8, wobei an der der Permanentmagnetanordnung 4 zugewandten Stirnseite 13 ein umfangsgeschlossener Ringwulst 14 mit ei- ner abgerundeten Stirnseite vorgesehen ist, wobei der Ringwulst 14 koaxial mit radialem Abstand zu dem Stellelement 3 bzw. zu dem zweiten Stellelementteil 3b angeordnet ist. Die Erstreckung des Ringwulstes 14 in axialer Richtung betragt etwa 3,0 mm. Der Ringwulst 14 bildet einen Anschlag bzw. ein Widerlager für den Permanentmagneten 6b der Permanentmagnetanordnung 4. Der Ringwulst 14 ist radial innerhalb einer äußeren Umfangswand 15 des Lagerelementes 8 angeordnet und überragt dieses um etwa 0,3 mm. Der Innendurchmes- ser der Umfangswand 15 ist großer als der maximale Außendurchmesser der Permanentmagnetanordnung 4.
In Fig. 3 ist ein mögliches weiteres Ausfuhrungsbeispiel eines Stellelementes 3 gezeigt. Das gezeigte Stellelement 3 besteht aus zwei etwa gleich langen Stellelementteilen 3a, 3b, die stirnseitig aneinander liegen und miteinander verschweißt sind. Im gezeigten Ausfuhrungsbeispiel weist die Anlageflache 16 der beiden Stellelementteile 3a, 3b eine größere Flache auf, als der jeweils axial unmittelbar be- nachbarte Abschnitt der Stellelementteile 3a, 3b. Die beiden Stellelementteile 3a, 3b sind miteinander verschweißt, beispielsweise reibverschweißt, kondensatorentladungsver- schweißt oder laserverschweißt. Das in der Zeichnungsebene linke Stellelementteil 3a ist hinsichtlich seiner magneti- sehen Leitfähigkeit optimiert und aus weichmagnetischem Material ausgebildet, wobei das erste Stellelementteil 3a die zylindrische Permanentmagnetenanordnung 4 durchsetzend ausgebildet ist. Das zweite Stellelementteil 3b ist dagegen aus mechanisch festem, harten Material ausgebildet, so dass es hinsichtlich seiner Verschleißeigenschaften optimiert ist. Auf die magnetischen Eigenschaften des zweiten Stellelementteils 3b kommt es aufgrund des großen Abstandes zu dem Kernbereich 7 nicht an. Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 4 erstreckt sich das erste Stellelementteil 3a aus weichmagnetischem Material über die gesamte Axialerstreckung des Stellelementes 3. Im in der Zeichnungsebene rechten, den Eingriffsbereich 11 umfassenden, Bereich des Stellelementes 3 ist ein zweites hülsenförmiges Stellelementteil 3b mit höherer mechanischer Festigkeit vorgesehen, wobei das zweite Stellelementteil 3b den Eingriffsbereich 11 bildet. Das hülsenförmige Stellele- mentteil 3b ist beispielsweise auf das erste Stellelementteil 3a aufgeschrumpft oder aufgepresst. Ein Verkleben ist auch denkbar. Alternativ zu dem gezeigten Ausführungsbeispiel kann die Hülse auch endseitig geschlossen ausgebildet sein, um die Stirnseite 17 des Stellelementes 3 ebenfalls vor mechanischen Belastungen zu schützen.
Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 5 ist die Permanentmagnetanordnung 4 in axialer Richtung formschlüssig in einer Umfangsnut 18 des Stellelementes 3 aufgenommen. Im Ge- gensatz zu den zuvor beschriebenen Ausführungsbeispielen ist das Stellelement 3 einstückig ausgebildet, wobei das Stellelement 3 durchgehend aus weichmagnetischem Material besteht. Das Stellelement 3 ist unterteilt in einen ersten permanentmagnetseitigen ungehärteten Abschnitt 19 und einen den Lagerbereich sowie den Eingriffsbereich 11 umfassenden zweiten gehärteten Abschnitt 20. Durch die Härtung des zweiten Abschnittes 20 des Stellelementes 3 ist das Stellelement 3 im Bereich innerhalb des Lagerelementes 8 sowie im Eingriffsbereich 11 verschleißoptimiert.
Bei dem in Fig. 6 gezeigten Ausführungsbeispiel handelt es sich um eine vergrößerte Darstellung des Stellelementes 3 gemäß Fig. 1. Bezüglich der Details wird auf die Beschreibung zu Fig. 1 verwiesen.

Claims

PATENTANSPRÜCHE
1. Elektromagnetische Stellvorrichtung mit einem endseitig einen Eingriffsbereich (11) ausbildenden und durch Kraft einer stationär vorgesehenen Spuleneinrichtung bewegbaren langgestreckten Stellelement (3), das abschnittsweise Permanentmagnetmittel (4) auf- weist, die zum Zusammenwirken mit einem stationären Kernbereich (7) ausgebildet sind, wobei dem Kernbereich (7) axial gegenüberliegend ein als Joch wirkendes stationäres Lagerelement (8) für das zumindest abschnittsweise kolbenförmig ausgebil- dete Stellelement (3) vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Stellelement (3) zwei Abschnitte (10, 20; 3a, 3b) aufweist, wobei ein erster, im Bereich der Permanentmagnetmittel (4) angeordneter Abschnitt (19, 3a) hin- sichtlich der magnetischen Leitfähigkeit optimiert ist und ein zweiter, im Eingriffsbereich angeordneter Abschnitt (20, 3b) verschleißoptimiert ist.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sich der zweite Abschnitt (20, 3b) bis in das
Lagerelement (8) hinein erstreckt und als Lagerabschnitt dient.
3. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, das der erste Abschnitt (19, 3a) von einem ersten Stellelementteil (3a) und der zweite Abschnitt (20. 3b) von einem zweiten Stellelementteil (3b) gebildet ist, und dass die beiden Stellelement- bildet und vorzugsweise miteinander, insbesondere drehfest miteinander, verbunden sind.
4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Stellelementteil (3a) aus weichmagnetischem Material ausgebildet ist und/oder dass das zweite Stellelementteil (3b) aus austenitischem Material ausgebildet ist.
5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, die beiden Stellelementteile (3a, 3b) axial benachbart zueinander angeordnet sind.
6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Stellelementteil (3b) als das erste Stellelementteil (3a) abschnittsweise umgreifende, vorzugsweise aufgeschrumpfte oder aufge- presste, Hülse ausgebildet ist.
7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Stellelementteile (3a, 3b) miteinander verklebt, oder verschweißt, insbesondere reibverschweißt, oder kondensatorentladungsverschweißt oder laserverschweißt sind.
8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Stellelementteile (3a, 3b) formschlussig miteinander verbunden sind.
9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Stellelement (3) einstuckig ausgebildet ist, und dass der zweite Abschnitt (20) ein, insbesondere durch Wärmebehandlung, gehärteter Abschnitt des Stellelementes (3) ist.
10. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Abschnitte, dadurch gekennzeichnet, dass auf der den Permanentmagnetmitteln (4) zugewandten Stirnseite (13) des Lagerelements (8) ein, vorzugsweise umfangsgeschlossener, Ringwulst (14) vorgesehen ist, der einen Anschlag und/oder Widerlager für die Permanentmagnetmittel (4) bildet.
11. Vorrichtung nach einem der vorgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Stellelement (3) zur Nockenwellen-Hubumschaltung eines Verbrennungsmotors ansteuerbar ausgebildet ist.
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