EP2158596A1

EP2158596A1 - Elektromagnetische stellvorrichtung

Info

Publication number: EP2158596A1
Application number: EP08773520A
Authority: EP
Inventors: Thomas Golz; Thomas Schiepp
Original assignee: ETO Magnetic GmbH
Current assignee: ETO Magnetic GmbH
Priority date: 2007-06-19
Filing date: 2008-06-19
Publication date: 2010-03-03
Anticipated expiration: 2028-06-19
Also published as: US8176887B2; JP2010530621A; DE102007028600A1; US20100192885A1; CN103971877B; JP5307803B2; DE202008008142U1; CN103971877A; DE102007028600B4; CN101689419B; CN101689419A; EP2158596B1; WO2008155119A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine elektromagnetische Stellvorrichtung mit einer Mehrzahl von elektromagnetischen Aktoreneinheiten (10, 12, 14), die zum Ausüben einer Stellkraft auf eine entsprechende Mehrzahl von lang gestreckten, achsparallel zueinander gelagerten Stößeleinheiten (22, 24, 26) selektiv ansteuerbar sind, wobei die Aktoreneinheiten entlang ihrer Stellrichtung zueinander achsparallel in einem gemeinsamen Gehäuse (18, 20; 78, 82) vorgesehen sind, jeweils an einem einer jeweils zugeordneten der Stößeleinheiten zugewandten Eingriffende eine zumindest abschnittsweise plane, axial in der Stellrichtung bewegbare Angriffsfläche ausbilden und eine eingriffsseitige Stirnfläche (34, 36, 38) einer jeweiligen der Stößeleinheiten mit der Eingriffsfläche (28, 30, 32) zusammenwirkt, wobei mindestens eine der Mehrzahl der Stößeleinheiten mit ihrer eingriffsseitigen Stirnfläche exzentrisch und/oder mit lediglich einer Teilfläche auf der Eingriffsfläche der zugehörigen Aktoreneinheit aufsitzt, insbesondere darauf magnetisch haftet.

Description

Elektromagnetische Stellvorrichtung

Die vorliegende Erfindung betrifft eine elektromagnetische Stellvorrichtung nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1. Derartige Vorrichtungen sind aus dem Stand der Technik allgemein bekannt und werden für vielfältige Stellaufgaben, etwa im Zusammenhang mit Verbrennungsmotoren, eingesetzt.

Aufgrund begrenzten Einbauraums an einem Einsatzort besteht häufig die Notwendigkeit, mit einer Mehrzahl von (typischerweise selektiv, d.h. unabhängig voneinander ansteuerbaren) Stößeleinheiten für eine jeweilige Stellaufgabe eine gattungsgemäße Stellvorrichtung hinreichend kompakt zu rea- lisieren, so dass einerseits eine hinreichende elektromagnetische Funktionalität gewährleistet ist (etwa im Hinblick auf notwendigen Stellhub der Stößeleinheiten sowie Reakti- ons- bzw. Schaltzeit), andererseits keine unerwünschte gegenseitige Beeinflussung - mechanisch oder elektromagne- tisch - vorliegt.

Aus dem Stand der Technik ist es daher bekannt, Stellaufgaben, welche eine Mehrzahl von Aktoreinheiten benötigen, mit Hilfe einzelner, unabhängig voneinander befestigter bzw. vorgesehener Aktoreneinheiten zu realisieren, wobei dies zu erhöhtem Konfigurations- bzw. Montageaufwand führt und üblicherweise die Kompaktheit der Gesamtanordnung nur begrenzt ist.

Dieses Problem wird dadurch verschärft, das häufig die vorgesehene, Eingriff einer Mehrzahl von Stößeleinheiten erfordernde Einsatzumgebung vorgibt, dass die Stößeleinheiten einander eng benachbart und häufig lediglich einen vorbe- stimmten Maximalabstand voneinander beabstandet sein dürfen; dies ist häufig mit einzelnen, individuell befestigten Aktoreneinheiten nicht oder nur mit Einschränkungen lösbar.

Ein Beispiel für eine bekannte Aktoreneinheit zeigt etwa die Deutsche Patentanmeldung 102 40 774 der Anmelderin.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine e- lektromagnetische Stellvorrichtung mit einer Mehrzahl von elektromagnetischen Aktoreneinheiten nach dem Oberbegriff des Hauptanspruchs zu schaffen, welche insbesondere auch an Einsatzorten mit beschränktem Einbauraum sowie insbesondere unter Einsatzbedingungen günstig verwendbar ist, welche einen begrenzten maximalen Abstand der Stößeleinheiten von- einander vorgeben.

Die Aufgabe wird durch die elektromagnetische Stellvorrichtung mit den Merkmalen des Hauptanspruchs sowie durch die Verwendung mit den Merkmalen des unabhängigen Verwendungs- anspruchs 11 gelöst; vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen beschrieben.

In erfindungsgemäß vorteilhafter Weise ist zunächst die Mehrzahl von Aktoreneinheiten (wobei eine besonders bevor- zugte Realisierungsform der Erfindung mindestens drei Aktoreneinheiten mit entsprechend drei Stößeleinheiten vorsieht) in einem bevorzugt zylindrischen und/oder hohlzy- lindrischen Gehäuse vorgesehen. Erfindungsgemäß erfolgt der Antrieb der langgestreckten (selbst bevorzugt zylindri- sehen, weiter bevorzugt aus einem Metallmaterial realisierten) Stößeleinheiten dadurch, dass die Stößeleinheiten auf einer Eingriffsfläche einer jeweiligen zugeordneten Aktoreneinheit aufsitzen (bevorzugt dort mittels Magnetwirkung haften) , wobei die Eingriffsfläche typischerweise das distale Ende einer Ankereinheit der betreffenden Aktoreneinheit bildet.

Erfindungsgemäß lässt sich nunmehr die Aufgabe einer möglichst kompakten Anordnung der Stößeleinheiten nebeneinander dadurch lösen, dass - bei parallel zueinander angetriebenen Eingriffsflächen benachbarter Aktoreneinheiten - jeweilige darauf aufsitzende Stößeleinheiten so ex- zentrisch und/oder mit ihren eingriffsseitigen Stirnflächen mit den Eingriffsflächen zusammenwirken, dass eine möglichst kompakte Anordnung der bevorzugt achsparallel zueinander geführten Stößeleinheiten erfolgt, mithin - entsprechend vorgegebenen Stell- bzw. Einsatzbedingungen - minimale Achsenabstände der Stößeleinheiten zueinander realisiert werden können.

Im Rahmen einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist dabei günstig vorgesehen, dass das die Aktoreneinheiten aufnehmende, gemeinsame Gehäuse stirnseitig mit einem Gehäuse-Führungsabschnitt (Führungsrohr) zusammenwirkt, welcher - typischerweise in Form parallel zueinander verlaufender Durchgangsbohrungen - Führungen für die Mehrzahl der Stößeleinheiten anbietet .

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist mindestens eine der Aktoreneinheiten platzsparend, gleichzeitig elektromagnetisch optimiert mittels einer flussleitenden Aktormanteleinheit realisiert, welche bügeiförmig ausgebildet ist. Auf diese Weise lässt sich die Packungsdichte der Mehrzahl von Aktoreneinheiten im gemeinsamen Ge^¬ häuse weiter erhöhen, insbesondere dadurch, dass die Akto- reneinheiten so angeordnet sind, dass jeweilige Aktorenman- teleinheiten benachbarter Aktoren einander nicht berühren.

Im Rahmen bevorzugter Weiterbildungen der Erfindung ist es zudem günstig, die Ankereinheit aus einem verbreiterten Ankerabschnitt zu realisieren, welcher einen Permanentmagneten und mindestens eine darauf vorgesehene Ankerscheibe (bevorzugt zum Ausbilden der Eingriffsfläche) aufweist, wobei dieser verbreiterter Ankerabschnitt dann axial in einen langgestreckten Ankerstößelabschnitt übergeht, welcher in einem (eine entsprechende Führungsbohrung aufweisenden) Kern geführt ist. Der Kern (Kerneinheit) kann dann selbst bevorzugt eine weiterbildungsgemäß vorgesehene Druckfeder, welche gegen den Anker wirkt, aufnehmen und/oder eine Durchgangsbohrung für Fluide (insbesondere Luft) zur weiteren Bewegungsoptimierung mittels Druckausgleich aufweisen. Insbesondere im Hinblick auf eine Schaltzeitoptimierung bei tiefen Temperaturen hat sich die weiterbildungsgemäße Druckfeder als vorteilhaft erwiesen; im eingefahrenen Zu- stand der Ankereinheit wird diese mittels des Ankerstößelabschnitts vorgespannt. Sobald dann die Spuleneinheit bestromt wird, wird zunächst die Haltekraft des Permanentmagneten am Kern geschwächt. Zusätzlich wirkt die abstoßende Kraft zwischen Spuleneinheit und Permanentmagnet, wo- durch sich dann durch die Federkraft und die Abstoßung zwischen Permanentmagnet und Spuleneinheit der Anker verschiebt, sobald das Magnetfeld vollständig aufgebaut ist.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist min- destens eine der (metallischen) Stößeleinheiten mit mehre^¬ ren Abschnitten in axialer Richtung versehen: ein erster, magnetisch optimierter Abschnitt der Stößeleinheit bildet die eingriffsseitige Stirnfläche aus, d.h. wirkt mit der Eingriffsflache der Ankereinheit zusammen, wahrend ein gegenüberliegender zweiter Stoßelabschnitt, etwa zum Zwecke des Zusammenwirkens mit einem nachgeschalteten Stellaggregat, im Hinblick auf Harte- bzw. Verschleißeigenschaften optimiert ist. Eine derartige Realisierung mehrerer Abschnitte der Stoßeleinheit kann dabei entweder durch geeignete Materialbeeinflussung einer einstuckigen Einheit erfolgen, alternativ kann im Rahmen bevorzugter Weiterbildungen die Stoßeleinheit mittels mehrerer Einzelabschnitte ge- eignet zusammengefugt werden, wobei diesbezüglich der Offenbarungsgehalt der deutschen Gebrauchsmusteranmeldung 20 2006 011 905 der Anmelderin als zur vorliegenden Erfindung gehörig in die vorliegende Offenbarung einbezogen gelten soll. So eignet es sich weiterbildungsgemaß gunstig, den ersten magnetisch optimierten Abschnitt der Stoßeleinheit mittels eines weichmagnetischen Werkstoffs zu realisieren, wobei sich weiter bevorzugt ferromagnetische Metalle (wie Eisen, Kobalt, Nickel) gunstig zur Realisierung eignen. Dagegen ist es im Rahmen der Erfindung weiterbil- dungsgemaß bevorzugt, den zweiten Stoßelabschnitt aus austenitischem Material zu realisieren, wobei hier insbesondere Verfahren der Kaltverformung die Harte des zweiten Abschnitts weiter steigern können. Dabei ist nicht notwendigerweise die Stoßeleinheit aus zwei separaten Werkstucken zu realisieren, vielmehr kann im Rahmen der vorliegenden Erfindung vorgesehen sein, etwa den zweiten, verschleißop^¬ timierten Abschnitt durch einen (z.B. durch eine Wärmebehandlung) geharteten Abschnitt eines ansonsten weichmagnetischen Materials auszubilden.

Wahrend die vorliegende Erfindung sich insbesondere für ei^¬ ne Realisierung von Stellaufgaben mittels drei zueinander achsparallel und in einer Ebene verlaufenden Stoßeleinhei- ten eignet, vorteilhaft etwa zur Nockenwellenverstellung eines Verbrennungsmotors, ist die vorliegende Erfindung hierauf nicht beschrankt. Vorteilhaft lasst sich insbesondere auch der Abstand zweier zueinander geführter Stoßel- einheiten im Rahmen der Erfindung optimieren, ebenso wie Realisierungsformen denkbar sind, bei welchen mehr als drei Stoßeleinheiten durch jeweils eine zugehörige Aktoreneinheit kompakt und platzoptimiert angetrieben werden. Wahrend zudem die achsparallel Fuhrung der Stoßeleinheiten die ty- pische Realisierungsform sein durften, ist die vorliegende Erfindung hierauf nicht beschrankt; vielmehr ist es zur Realisierung der erfindungsgemaßen Vorteile ausreichend, wenn lediglich eine Komponente des Bewegungsvektors einer jeden Stoßeleinheit in der Stellrichtung verlauft, wobei insbe- sondere auch windschiefe oder auf andere Weise zueinander geneigte Erstreckungsrichtungen der Stoßeleinheiten von der vorliegenden Erfindung umfasst sind. Auch ist die Fuhrung der Stoßeleinheiten in einem gemeinsamen Gehäuse die typische Realisierungsform, denkbar und im Rahmen der Erfindung umfasst sind jedoch auch Varianten, bei welchen jeweilige Stoßeleinheiten in separaten, entsprechend zueinander benachbarten Einzeigehausen gefuhrt sind.

Im Ergebnis entsteht durch die vorliegende Erfindung in u- berraschend einfacher und eleganter Weise eine Anordnung, welche kompakte Bauform mit Montagefreundlichkeit, hoher Betriebssicherheit und optimalen Schaltzeit- und magnetischen Eigenschaften kombiniert. 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 Perspektivansicht der elektromagnetischen

Stellvorrichtung gemäß einer ersten bevorzugten

Ausführungsform der Erfindung (mit abgenommenem

Gehäuse) ;

Fig. 2: eine Rückansicht/Draufsicht auf die Anordnung gemäß Fig. 1;

Fig. 3: eine Seitenansicht der Anordnung gemäß Fig. 1;

Fig. 4: eine Schnittansicht durch das Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1 bis Fig. 3 (mit Gehäuse) entlang der

Schnittlinie B-B in Fig. 5;

Fig. 5: einen Längsschnitt durch die Vorrichtung gemäß Fig. 4 entlang der Schnittlinie A-A;

Fig. 6: einen Längsschnitt durch eine Aktuatoreinheit gemäß dem Ausführungsbeispiel der Fig. 1 bis Fig. 5;

Fig. 7,

Fig. 8: um 90° gedrehte Detailansichten des bügeiförmigen Flussleitelements (Aktormanteleinheit) zur Ver- wendung in der Aktoreneinheit gemäß Fig. 6; Fig. 9,

Fig. 10: eine Perspektiv- sowie Seitenansicht zum verdeut^¬ lichen des Zusammenwirkens zwischen einer Aktoreneinheit (Fig. 6 bis Fig. 8) mit einer ex- zentrisch sowie teilflächig zusammenwirkenden

Stößeleinheit;

Fig. 11: eine Perspektivansicht der elektromagnetischen Stellvorrichtung gemäß einer zweiten Ausführungs- form der vorliegenden Erfindung mit zwei Stößeleinheiten;

Fig. 12: ein Längsschnitt durch die Vorrichtung gemäß Figur 11;

Fig. 13,-

Fig. 14: Detailansichten zum Verdeutlichen des Zusammenwirkens einer Aktoreneinheit des Ausführungsbeispiels der Fig. 11 und Fig. 12 mit einer Stößeleinheit;

Fig. 15,

Fig. 16: Schemadiagramme zum Verdeutlichen des magnetischen Zusammenwirkens der Permanentmagneten zwei- er benachbarter Aktoreneinheiten im eingefahrenen

Zustand (Fig. 15) bzw. ausgefahrenen Zustand einer Aktoreneinheit (Fig. 16);

Fig. 17: ein Längsschnitt analog Fig. 5 zum Verdeutlichen einer weiteren Ausführungsform mit Stößeleinheiten, welche aus mehreren funktionalen Abschnitten bestehen; und Fig. 18,

Fig. 19: eine Seiten- bzw. Perspektivansicht einer Variante der vorliegenden Erfindung einer relativ zu einer Aktor-Bewegungsrichtung geneigten Stößel- einheit, welche zudem eine ballig gewölbte Stirnfläche zum Zusammenwirken mit dem Aktor aufweist.

Die Figuren 1 bis 3 zum ersten Ausführungsbeispiel zeigen, wie drei Aktoreneinheiten 10, 12, 14 in einem Gehäuse (ge- zeigt ist lediglich ein kreisförmiger Gehäusedeckel 16 als Joch) so verteilt angeordnet sind, dass die Aktoreneinheiten 10 bis 14 an einer hohlzylindrischen Innenwand eines Gehäusemantels 18 (in den Figuren 1 und 3 nicht gezeigt) anliegen. Auf dem Gehäusedeckel (Joch) 16 sitzt ein ein- griffseitiger, flacher Gehäuseabschnitt 20, welcher drei nebeneinander in einer Erstreckungsebene liegende Durchbrüche zum Führen dreier Stößeleinheiten 22, 24, 26 aufweist, welche in der gezeigten Weise achsparallel gelagert und in nachfolgend zu beschreibender Weise durch eine zugeordnete der Aktoreneinheiten 10, 12, 14 selektiv antreibbar sind.

Bei einem typischen äußeren Gehäusedurchmesser von 40 mm beträgt dabei ein maximaler Durchmesser d (Figur 2) einer der Aktoreneinheiten 10 bis 14 ca. 17 mm; die gezeigte An- Ordnung kann damit bei angenommenem Durchmesser der langgestreckt-zylindrischen Stößeleinheiten 22, 24, 26 von 5 mm in der in Figur 3 gezeigten Weise einen mittleren Achsenabstand a der Stößeleinheiten von 7 mm realisieren, entsprechend den Einbau- und Stellbedingungen an ein nachgeschal- tetes Aggregat, im vorliegenden Ausführungsbeispiel eine Nockenwellensteuerung für einen Verbrennungsmotor, welche durch die drei Stößel 22, 24, 26 betätigbar ist (nicht ge^¬ zeigt) . Die Bildansichten der Figuren 4 und 5 - (abweichend zu den Figuren 1 bzw. 3 ist hier auch der zylindrische Gehausemantel 18 gezeigt) verdeutlichen insbesondere die geometri- sehen Verhältnisse im Übergang zwischen den Aktoreneinheiten 10 bis 14 (genauer gesagt den eingriffseitigen Eingriffsflachen 28, 30, 32 der Aktoreneinheiten) und den jeweils darauf gerichteten Stirnflachen 34, 36 bzw. 38: es ergibt sich, vgl. insbesondere die Schnittansicht der Fig. 4, dass die Stόßeleinheiten 22, 24, 26 jeweils exzentrisch auf den scheibenförmigen Eingriffsflachen 28 bis 32 aufsitzen, wobei die ebenfalls kreisförmigen Stirnflachen 34 bis 38 in der in Fig. 4 gezeigten Weise teilweise über einen jeweiligen Außenrand der Eingriffsflachen 28 bis 32 der Ak- toreneinheiten hinausragen. Auf diese Weise ist dann die gezeigte Geometrie erreichbar,- nämlich eng nebeneinander, gleichwohl unabhängig voneinander bewegbar geführte Stoßeleinheiten 22 bis 26 mit minimiertem Abstand zueinander (im Ausfuhrungsbeispiel a = 7 mm, vergleiche Fig. 3). Dabei besitzen im gezeigten Ausfuhrungsbeispiel, wie etwa in der Fig. 5 gezeigt, plane Stirnflachen. Diese können jedoch auch eine andere Konturierung, etwa eine konvexe (ballige) Außenform besitzen, um etwa einem möglichen Umstand Rechnung zu tragen, dass in alternativen Realisierungsformen die Bewegungsrichtung der Aktoreneinheiten nicht mit der Bewegungsrichtung der Stoßeleinheiten übereinstimmt, sondern etwa die Stoßeleinheiten (auch relativ zueinander) im Hinblick auf die Bewegungsrichtung der Aktoreneinheiten (bzw. deren Eingriffsflachen 28 bis 32) geneigt sind.

Die Figuren 6 bis 8 verdeutlichen konstruktive Details der drei Aktoreneinheiten 10 bis 12: ein aus einem langgestreckten, zylindrischen Ankerstoßelabschnitt 40 sowie einem selbst aus einer Ankerscheibe 42, einer Permanentmagnetscheibe 44 sowie einer Polscheibe 46 geschichtet gebildetem verbreitertem Ankerab- schnitt 47 realisierter Anker bildet auf der Außenflache der Polscheibe 46 eine der Eingriffsflachen 28 bis 32 aus und ist in einem langgestreckt-hohlzylindrischen Kernelement 48 gefuhrt, welches, der Ankerscheibe 42 gegenüberliegend, einen ringformi- gen Kragenabschnitt 50 ausbildet und entlang ihrer axialen Erstreckungsrichtung eine Durchgangsbohrung 52 aufweist, welche, zur Optimierung des Fluidflusses, etwa eine freie Luftströmung in der Anordnung ermöglicht und darüber hinaus zum Aufnehmen einer Druckfeder 54 ausgebildet ist, welche im in Fig. 6 gezeigten Anschlagzustand des Ankers diesen in seiner nach rechts gerichteten Bewegungsrichtung vorspannt.

Das Jochelement 48 ist zunächst von einer einen Spulentrager 56 sowie eine Wicklung 58 aufweisenden Spuleneinheit umgeben, wel- che selbst wiederum in abschnittsweise in Umfangsrichtung von einem bugelformigen Flussleitelement 60 umgeben ist, welches ei- nends einen Durchbruch für ein schmales Ende des Jochelements 48 anbietet, andernends in zwei freie Schenkeln 62, 64 mundet, welche den Stellweg des Ankers (und damit auch der Polscheibe 46 mit Eingriffsflache) begrenzt.

Die Figuren 7 und 8 zeigen das bugelformige Flussleitelement 60 im Detail; die Schenkel 62 bzw. 64 sind langgestreckt-zylinder- abschnittsformig geformt und sitzen emstuckig an einem Bodenab- schnitt 66. Varianten dieses Ausfuhrungsbeispiels im Rahmen der vorliegenden Erfindung sehen zudem vor, dass das bugelformige Flussleitelement 60 lediglich einen Schenkel aufweist und ein anderer des Schenkelpaares 62 bzw. 64 entfallen kann. Dies fuhrt zwar zu einer Herabsetzung der magnetischen Eigenschaften, er- moglicht jedoch potentiell das noch weitere Verdichten einer Mehrzahl damit gebildeter Aktoreneinheiten zu einem kompakten Gefuge .

Die Figuren 9 und 10 verdeutlichen als isolierte Darstellung ei- ner Aktoreneinheit mit einer Stoßeleinheit, wie - bei praktisch unbeeinträchtigter elektromagnetischer Funktionalitat - die bugelformige Flussleiteinheit 60 in Umfangsrichtung lediglich ab- schnittsweise gegenüberliegend die Anordnung aus Spuleneinheit, Jochelement und Ankereinheit umgibt, gleichzeitig die Möglichkeit für die gezeigte Stoßeleinheit 22 eröffnet, randseitig mit einem Teil der Stirnflache über die Eingriffsflache 28 hinaus zu ragen.

Die Figur 2 verdeutlicht in diesem Zusammenhang, wie die langgestreckt-scheibenförmigen Bodenabschnitte 66 bzw. die Schenkel 62, 64 der jeweiligen Flussleitelemente so platziert sind, dass - zur Minimierung der Packungsdichte im hohlzylindrischen Gehäuse - keine gegenseitige Beeinflussung der Flussleitelemente 60 stattfindet, vielmehr der (geringere) Außendurchmesser der Spuleneinheiten wirksam zur Platzminimierung genutzt werden kann.

Die Figuren 11 bis 14 zeigen eine alternative Realisierungsform der vorliegenden Erfindung gemäß einem zweiten Ausfuhrungsbeispiel. Dieses Ausfuhrungsbeispiel sieht lediglich zwei Stoßeleinheiten 70, 72 vor, welche von jeweils zugehörigen Aktorenein- heiten 74 bzw. 76 bewegt werden. Die Aktoreneinheiten 74 bzw. 76 entsprechen konstruktiv der anhand der Figuren 6 bis 8 erläuterten Realisierung und sitzen im dargestellten Ausfuhrungsbeispiel in einem gemeinsamen Gehäuse 78, welches eine Flachkontur besitzt (das Bezugszeichen 80 zeigt schematisch einen Befesti- gungsflansch für die Gehauseanordnung 78) .

Wie insbesondere die Schnittansicht der Figur 12 verdeutlicht, sind wiederum die langgestreckt-zylindrischen Stoßeleinheiten 70, 72 in einem vorderen Gehauseabschnitt 82 so gefuhrt, dass diese unter Minimierung ihres Achsenabstandes (wiederum ca. 7 mm) zueinander parallel bewegbar sind, wobei wie die Figur 12 erkennen lasst, in der erfindungsgemaßen Weise die Stoßeleinhei^¬ ten 70, 72 jeweils exzentrisch auf den durch eine jeweilige Pol^¬ scheibe 46 gebildeten äußeren Eingriffsflachen aufsitzen (bzw. dort magnetisch haften) . Im gezeigten Ausfuhrungsbeispiel wird zudem deutlich, dass hier die Stoßeleinheiten 70 bzw. 72 jeweils aus zwei Abschnitten bestehen, einem ersten, magnetisch optimierten Abschnitt 84 sowie einem daran in Längsrichtung ansitzenden zweiten Abschnitt 86, welcher insbesondere zum optimierten Zusammenwirken mit einem endseitigen Eingriffspartner angepasst ist, etwa durch geeignetes Harten (oder andere Behandlungsformen zur Verschleißfestigkeit oder dgl . ) . Im gezeigten Ausfuhrungsbeispiel ist eine jeweilige der Stoßeleinheiten 70, 72 aus zwei geeigneten Metallma- terialen für die Abschnitte 84 bzw. 86 zusammengefugt; andere Alternativen zur Realisierung der mehreren Abschnitte sind denkbar, ebenso wie auch eine Verwendung der zweiteiligen Stoßeleinheiten im Rahmen des ersten Ausfuhrungsbeispiels der Figuren 1 bis 10 (insoweit zeigt die Figur 17 als weiteres Ausfuhrungsbei- spiel diese Variante, wobei identische Funktionskomponenten mit denselben Bezugszeichen versehen und die Stoßeleinheiten 22' , 24' sowie 26' entsprechend zweiteilige Varianten sind) . Im Hinblick auf die Realisierung des ersten Abschnitts 84 bzw. des zweiten Abschnitts 86 wird auf die DE 20 2006 011 905 Ul der An- melderin verwiesen; danach eignet sich die Verwendung eines weichmagnetischen bzw. ferromagnetischen Materials für den ers^¬ ten Abschnitt besonders gunstig, wahrend etwa ein austenitischer Werkstoff zur Realisierung des zweiten Abschnitts gunstig ist und beide Abschnitte durch geeignete Fugeverfahren miteinander dauerhaft verbunden sind. Alternativ lasst sich im Rahmen bevorzugter Weiterbildungen etwa auch der zweite Abschnitt durch Har^¬ ten o. dgl. Maßnahmen eines ansonsten magnetisch gunstigen (z.B. weichmagnetischen) Materials realisieren.

Zum Ausfuhrungsbeispiel der Fig. 11 und Fig. 12 verdeutlichen die Detailansichten der Fig. 13 und Fig. 14 wiederum das exzentrische bzw. auch seitlich überragende Aufsitzen der Stoßeleinheiten an bzw. auf einer jeweiligen Eingriffsflache.

Die Fig. 15 und Fig. 16 verdeutlichen eine magnetische Wechsel^¬ wirkung zwischen zwei benachbarten Aktoreneinheiten, wobei dies sowohl für das erste Ausfuhrungsbeispiel mit drei Stoßeleinhei- ten, als auch für das zweite Ausfuhrungsbeispiel mit zwei Sto^¬ ßeleinheiten gilt: die Figur 15 zeigt schematisch, wie bei eingeschobenem Zustand zweier benachbarter Aktoreneinheiten die jeweilige Permanentmagnetscheibe 44 (magnetisiert in axialer Rich- tung) sich jeweils auf der selben Hohe befindet, mit anderen Worten und wie durch die Doppelpfeile in Fig. 15 gezeigt, es kommt zu einem Abstoßungseffekt der jeweiligen gleichen Magnetpole voneinander, so dass eine Abstoßungskraft zwischen den jeweiligen Ankereinheiten in diesem Betriebszustand besteht. So- bald eine der Aktoreneinheiten aus ihrer Ruhelage (also etwa entsprechend Figur 6) bewegt wird, kommt es zwischen dem Sudpol des links gelegenen Permanentmagneten und dem Nordpol des rechts gezeigten Permanentmagneten zu einer Anziehung (verdeutlicht durch den langen Doppelpfeil) , wahrend nach wie vor die gleich- poligen Permanentmagnetabschnitte einander abstoßen (kurze Doppelpfeile) . Im Ergebnis wird durch diese Konfiguration dann das Dynamikverhalten der beschriebenen Ausfuhrungsbeispiele verbessert.

Die vorliegende Erfindung wurde anhand der Ausfuhrungsbeispiele lediglich exemplarisch beschrieben; im gezeigten Ausfuhrungsbeispiel wurde bei einem Durchmesser des Gehausemantels von ca. 40 mm ein Achsabstand von lediglich 7 mm von drei benachbarten zylindrischen Stoßeleinheiten realisiert (die jeweils 5 mm Durch- messer aufweisen) . Mit einem effektiven Hub der Aktorenbewegung von 4 mm lasst sich eine Schaltzeit zwischen ca. 20 und 22 msec (12 bis 22, bis 100ms bei -35°C) realisieren.

Wahrend die vorbeschriebenen Ausfuhrungsbeispiele voraussetzten, dass Aktor und Stoßeleinheit jeweils achsparallel zueinander gefuhrt und ausgerichtet sind, ist die vorliegende Erfindung hier^¬ auf nicht beschrankt; vielmehr ist es im Rahmen bevorzugter Weiterbildungen möglich, dass die Stoßeleinheiten relativ zu den Aktoren bzw. deren Bewegungsrichtungen geneigt sind, wie auch die Stoßeleinheiten relativ zueinander geneigt sein können (also z.B. windschief gefuhrt sind), ebenso wie prinzipiell nicht aus^¬ geschlossen ist, dass auch die Bewegungsrichtung der Mehrzahl von Aktoren zueinander geneigt ist. Die Fig. 18 und 19 verdeut^¬ lichen als seitliche bzw. Perspektiv-Darstellung eine solche Variante, nämlich einen in seiner Bewegungsrichtung relativ zur Aktor-Bewegungsrichtung geneigten Stößel, welcher zudem stirn- seitig in seinem Eingriffsbereich zum Aktor keine plane, sondern eine ballige (konkav gewölbte) Stirnflache aufweist.

Konkret sitzt hier, analog zur Darstellung der Fig. 9, 10 (insoweit bleiben die Bezugszeichen für die Aktoreinheit 60 erhalten) eine Stoßeleinheit 90 auf der Eingriffsflache 28 der Aktoreinheit auf, wobei jedoch, abweichend von der Stoßeleinheit 22, die Stoßeleinheit 90 eingriffsseitig zum Zusammenwirken mit der Stirnflache 28 einen konvex gewölbten, balligen Endabschnitt 92 ausbildet, so dass im Endbereich der Scheibe 28 ein sicheres Zu- sammenwirken und eine zuverlässige Kraftübertragung zwischen den Einheiten gewahrleistet ist. Die aus den Darstellungen der Fig. 18, 19 erkennbare Geometrie verdeutlicht zudem, dass eine durch die Langsachse der Stoßeleinheit 90 verlaufende Bewegungsrichtung der Stoßeleinheit (diese ist -- nicht gezeigt — entspre- chend in einem zugeordneten Gehäuse gefuhrt) realtiv zur Langs- bzw. Axialrichtung der Aktoreinheit geneigt ist+. Wiederum analog zur Ausfuhrungsform der Fig. 9, 10 sitzt die Stoßeleinheit 90 auf der scheibenförmigen Oberflache 28 auf und kann dort z.B. durch Permanentmagnetwirkung haftend gehalten sein.

Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die gezeigten Konfigurationen mit zwei bzw. drei Stoßeleinheiten beschrankt, sondern eignet sich prinzipiell auch für eine größere Anzahl von Aktoren- und zugehörigen Stoßeleinheiten. Auch wenn ein bevorzugtes Einsatzgebiet der vorliegenden Erfindung in der Realisierung von Stellaufgaben bei Verbrennungsmotoren, etwa in der Nockenwellenverstellung, liegt, ist prinzipiell die Anwendungsbereiche der vorliegenden Erfindung unbegrenzt und wirkt sich insbesondere dort vorteilhaft aus, wo lediglich geringer Einbauraum für eine Mehrzahl von Aktoreneinheiten zur Verfugung steht, gleichzeitig jedoch jeweilige Stößel mit nur sehr geringem Abstand voneinan^¬ der ihren Stellzweck erfüllen müssen.

Claims

Patentansprüche

1. Elektromagnetische Stellvorrichtung mit einer Mehrzahl von elektromagnetischen Aktoreneinheiten (10, 12, 14), die zum Ausüben einer Stellkraft auf eine entsprechende Mehrzahl von langgestreckten Stößeleinheiten (22, 24, 26) selektiv ansteuerbar sind, dadurch gekennzeichnet, die Aktoreneinheiten (10, 12, 14) entlang ihrer Stellrichtung bevorzugt zueinander achsparallel in einem Gehäuse (18, 20; 78, 82) vorgesehen sind, jeweils an einem einer jeweils zugeordneten der Stößeleinheiten (22, 24, 26) zugewandten Eingriffsende eine zumindest abschnittsweise plane, axial in der Stellrichtung bewegbare Angriffsfläche ausbilden und eine eingriffs- seitige Stirnfläche (34, 36, 38) einer jeweiligen der Stößeleinheiten (22, 24, 26) mit der Eingriffsfläche (28, 30, 32) zusammenwirkt, wobei mindestens eine der Mehrzahl der Stößeleinheiten (22, 24, 26) mit ihrer eingriffsseitigen Stirnfläche (34, 36, 38) exzentrisch und/oder mit lediglich einer Teilfläche auf der Eingriffsfläche (28, 30, 32) der zugehörigen Aktorenein- heit (10, 12, 14) aufsitzt, insbesondere darauf magnetisch haftet.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Mehrzahl der Aktoreneinheiten (10, 12, 14) einander unmittelbar benachbart so in dem zumindest abschnittsweise hohlzylindrischen Innenraum des Gehäuses vorgesehen sind, dass die Aktoreneinheiten (10, 12, 14) an der Gehäuseinnenwand anliegen.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn^¬ zeichnet, dass zumindest eine der Aktoreneinheiten (10, 12, 14) eine Permanentmagnetmittel (44) aufweisende, endseitig die Eingriffsfläche (28, 30, 32) aus- bildende Ankereinheit aufweist, die durch Bestromung einer stationären Spuleneinheit (56, 58) bewegbar ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Spuleneinheit von einer zumindest abschnitts- weise zylindrischen oder hohlzylindrischen, magnetisch flussleitenden Aktormanteleinheit (60) so umgeben ist, dass die Eingriffsfläche (28, 30, 32) in einem offenen Ende der Aktorenmanteleinheit bewegbar ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Aktorenmanteleinheit bügeiförmig so ausgebildet ist, dass ein freier Schenkel (62, 64) der Aktorenmanteleinheit eine hohlzylinderabschnittsförmige Umfangsbegrenzung der Ankereinheit sowie der Spulen- einheit bildet.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Ankereinheit einen die Permanentmagnetmittel aufweisenden verbreiterten Ankerab- schnitt (46) axial außerhalb der Spuleneinheit sowie einen daran ansitzenden langgestreckten Ankerstößelab^¬ schnitt (40) aufweist, der zumindest abschnittsweise in einer langgestreckten, von der Spuleneinheit umschlossenen Kerneinheit (48) der Aktoreneinheit (10, 12, 14) geführt ist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Kerneinheit (48) aus magnetischem Material realisiert ist und/oder eine einen Fluid-Druckaus- gleich ermöglichenden Durchgang (52), insbesondere Durchgangsbohrung (52), aufweist.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Ankereinheit gegen die Kraft einer bevorzugt axial vorgesehenen Feder, insbesondere einer gegen den Ankerstößelabschnitt (40) wirkenden und/oder in dem Durchgang (52) vorgesehenen Druckfeder (54) , geführt ist.

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Mehrzahl der elektromagnetischen Aktoreneinheiten (10, 12, 14) sowie die entspre- chende Mehrzahl von Stößeleinheiten (22, 24, 26) mindestens 3 beträgt und die Stößeleinheiten (22, 24, 26) so relativ zu den Aktoreneinheiten (10, 12, 14) geführt sind, dass jeweilige Längsachsen der Stößeleinheiten (22, 24, 26) in einer gemeinsamen Ebene liegen.

10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine der Stößeleinheiten (22, 24, 26) im Bereich der eingriffsseitigen Stirnfläche (34, 36, 38) einen ersten, materialmäßig zum magnetischen Zusammenwirken mit der zugehörigen Aktoreneinheit (10, 12, 14) optimierten, insbesondere ferromagnetischen Abschnitt (84) sowie, diesem entlang der Erstreckungsrichtung entgegengesetzt, endseitig einen zweiten materialmäßig gehärteten und/oder ver- schleißoptimierten, insbesondere austenitischen Ab^¬ schnitt (86) ausbildet.

11. Verwendung der Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10 für Stellaufgaben an einem Verbrennungsmotor, insbesondere zur Nockenwellenverstellung.