EP2845206B1 - Elektromagnetische stellvorrichtung - Google Patents
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- EP2845206B1 EP2845206B1 EP13727057.5A EP13727057A EP2845206B1 EP 2845206 B1 EP2845206 B1 EP 2845206B1 EP 13727057 A EP13727057 A EP 13727057A EP 2845206 B1 EP2845206 B1 EP 2845206B1
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Definitions
- the present invention relates to an electromagnetic actuator according to the preamble of the main claim.
- Such devices typically used as a pair, take place, for example, in an automotive context, wherein the tappet-shaped armature unit is adapted to engage in a set up for camshaft adjustment of an internal combustion engine control partners.
- the DE 102 40 774 The applicant discloses such an electromagnetic actuator, which can be assumed to be generic.
- the armature unit has permanent magnet means in the form of a disk-shaped, axially magnetized permanent magnet which can be moved between a stop position determined on the core section and an extended position by energizing the stationary coil unit.
- the energization and the coil magnetic flux generated by the energization in the core portion causes the displacement of the permanent magnetic flux and the generation of a repulsive force, so that when energized the movement of the armature unit is effected in the direction of its extended position.
- a simple, large-scale suitable manufacturability and high reliability during operation associated with a long service life, such, as a generic education presupposed electromagnetic actuator has been found to be beneficial and proven.
- Object of the present invention is therefore to provide an electromagnetic actuator according to the preamble of the main claim, in which two or more actuators use, in terms of achievable compactness, in particular a possible minimum distance between the anchor units to improve, while maintaining improved compactness at least constant magnetic To ensure properties (such as with respect to a permanent magnetic holding force on the core sections and / or a repulsive force to move the anchor units).
- An adjusting device according to the preamble of claim 1 is made DE 10 2010 024 030 known.
- the individual actuators previously provided individually which are to be presupposed as known from the prior art, are combined to form a system optimized in magnetic flux, in which both in the de-energized state of the (at least one) coil unit and in the energized state for driving respective armature units favorable magnetic flux conduction takes place a support of magnetic effectiveness.
- the respective actuator sections i.e., respective core section with associated armature unit having permanent magnet means being movable relative thereto
- a common flux guide section in the form of the flux guide unit according to the invention, which acts according to the invention as follows:
- a permanent magnet flux of the respective two permanent magnet means flows through the common flux guide, so that an optimized adhesion or holding behavior of the respective anchor units is achieved at the associated core portion with associated improved or increased holding forces ,
- the flux guide unit used in accordance with the invention and advantageously operates Displacement of the permanent magnet flux of the permanent magnet means of the other armature unit, that is to say the armature unit which is not to be moved or not activated, is also displaced not only by the energization of the permanent magnet flux of the permanent magnet means associated with the armature unit to be moved.
- the core sections of the armature units are magnetically conductively connected to each other so that the advantageous permanent flow displacement or redirection of the permanent magnet flux of a non-energized or non-activated core-armature pair to the energized actuator section can take place, in particular in the described activation or energization state.
- both the anchor units and the core portions are each provided as a pair and aligned so that the respective directions of movement of the anchor unit (with possibly formed thereon ram portions for engaging in an associated control partner) parallel to each other.
- the core section anchor unit pairs together and adjacent flux guide either in the manner of forming a free end arm or web-like portion between these actuator pairs, in addition or alternatively eg in Frame of a (partially) enclosing housing construction, this flux guide as corresponding arm or web-like housing sections in the projection centrally and coat side on or adjacent to / to arrange the respective actuator sections.
- a housing shell formed to realize the flux guide unit can additionally realize the inventively advantageous and necessary flux-conducting connection between the at least two core sections according to the invention from suitably arranged flux-conducting material (for example a metal sheet material) on a shell section;
- a shell-like unit for the realization of this preferred embodiment about the end both the core sections mechanically include and hold, as well as provide the magnetic flux line, at the same time then, more preferably in the manner of a mutually parallel pair of sure strainsdorfen poor - Or web-like sections for the realization of the flux guide unit, in one piece and be realized by about suitable suitable for large-scale manufacturability such an advantageous realization with low manufacturing and assembly costs.
- preferred embodiment of the invention then makes it possible in a particularly simple and elegant way by appropriate dimensioning of the web-like portion (or appropriate choice of material) to ensure that in the de-energized state of the coil unit, ie the stop state the armature units at the respectively associated core sections, a flowing in the flux guide permanent magnetic flux does not saturate (in other words, a flow-effective cross-section of the magnetic flux guide must be sufficiently large), so that there is no saturation caused deterioration of the permanent magnetic Adhesion effect comes in this deactivated BestromungsWrit.
- a shell-like housing configuration for realizing a pair of web-like sections which are furthermore preferably integrally attached thereto and the magnetically flux-conducting connection between the two core sections additionally makes it advantageously possible for an incision or cutout introduced into such a housing shell on the edge side in the region of a core section to be additionally advantageous ( decreasing) on lateral forces between the pair of anchor units and further advantageously generates an additional axial force from a certain point of the stroke along the direction of movement of the respective anchor units.
- a recess or incision (alternatively also be achieved by appropriate material modifications) easy to manufacture and adapt, in addition, this is done in the manner described further influencing the flow and thus the movement behavior of the arrangement.
- the magnetic Behavior of generic forming permanent actuators significantly increased, which can advantageously be optimized by inventive displacement or redirecting permanent magnetic flux components both an adhesive force of the anchor units, as well as a repulsion behavior. Consistent is the ability to make such units more compact with constant magnetic properties (alternatively, to achieve additional magnetic or dynamic performance in comparison with the prior art constant dimensions).
- the present invention is not limited to the preferred application areas in the field of automotive engineering, and there in particular the range of adjustment of engines of an internal combustion engine, but the present invention is suitable for use any kind of purpose, in which advantageously at least two anchor units independently by Bestromen (at least) a coil unit can be driven and thus interact in the manner described in the invention magnetic flux optimized.
- FIG. 1 illustrates in the schematic representation of the essential, to implement the invention on the embodiment with two anchor units cooperating functional components:
- a first anchor unit consisting of a plunger-like anchor body 10 and a disc-like, axially magnetized permanent magnet body 12 is parallel to a second armature unit, consisting of an axial direction of movement a second plunger-like anchor body 14 and a second permanent magnet disc 16, guided.
- the first anchor unit 10, 12 acts in otherwise known and in the DE 102 40 774 in the manner described by the Applicant, together with a first stationary core section 18 which in turn cooperates magnetically with a first coil unit 20 (which is realized in an otherwise known manner as a winding provided on a suitable coil support).
- the second armature unit 14, 16 acts together with a second stationary core section 22, which in turn is assigned a second coil unit 24.
- the core portions 18, 22 are connected by a common Flußleitabites 26, which in the embodiment shown schematically bow-like the respective Core sections at their respective anchor units opposite ends connects.
- FIG. 1 to schematically illustrate a first principle of the invention a (realized in the practical realization sheet metal) reflux section 28, 30 and a cover unit 32 for guiding the armature tappets 10, 14 as part of a (not shown) further housing.
- the Fig. 1 illustrates as illustrated by arrows 34 (for the permanent magnet unit 12) and 36 (for the permanent magnet unit 16), permanent magnetic fluxes of both permanent magnet units flow in this state of adhesion of the armature units to the permanent magnet flow pattern in such an arrangement in the de-energized state of the coil unit 20, 24 respective core sections rectified and together by the Flußleitabites 28 and 30, which acts in the manner shown for both permanent magnetic flux circuits and this is assigned together (further advantageous in a symmetrical arrangement in the same spacing, approximately centrally or adjacent edge).
- Flow arrows 42 illustrate the direction of the magnetic coil flux generated by the energization of the coil 20. This not only displaces the permanent magnetic flux (arrows 34 in FIG Fig. 1 ) from the sections 28, 30, so that the adhesion of the permanent magnet unit 12 to the core section 18 is actually canceled, the coil magnetic flux also leads to a displacement of the permanent magnetic flux (arrows 36 in FIG Fig. 1, Fig. 2 ) is from the Flußleitabroughen 28, 30 in the connecting portion 26 and in the opposite (below the activated coil 20 lying) core portion 18. Result is, as in Fig.
- a housing element 50 which is shown in one piece from the embodiment of a magnetically conductive sheet metal material realized in the perspective view.
- Characteristic for this implementation variant of the invention is a in practical use ( Fig. 4, Fig. 5 for the constructive realization of the overall device without or with illustrated winding), a respective core portion enclosing, circumferential shell portion 52 of the housing Fig. 3 from which a pair of web-like or arm-like sections 54, 56 for forming the reflux sections (corresponding to 28 in FIG Fig. 1, 2 ).
- these web-like portions 54, 56 extend parallel to a respective axis of movement of the anchor body 10, 14, but are not between them in the exemplary embodiment, but symmetrically and uniformly spaced, this (coat) side adjacent. In the projection onto a plane determined by both movement axes of the anchor units, however, the two web sections 54, 56 would then be equally spaced between these axes.
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Description
- Die vorliegende Erfindung betrifft eine elektromagnetische Stellvorrichtung nach dem Oberbegriff des Hauptanspruchs. Derartige Vorrichtungen, typischerweise als Paar eingesetzt, finden beispielsweise in einem automobilen Kontext statt, wobei die stößelartig ausgebildete Ankereinheit zum Eingreifen in einen etwa zur Nockenwellenverstellung eines Verbrennungsmotors eingerichteten Stellpartner ausgerichtet ist. Die
DE 102 40 774 der Anmelderin offenbart eine derartige elektromagnetische Stellvorrichtung, die als gattungsbildend vorausgesetzt werden kann. Bei einer derartigen Vorrichtung weist die Ankereinheit Permanentmagnetmittel in Form eines scheibenförmigen, axial magnetisierten Permanentmagneten auf, welcher zwischen einer am Kernabschnitt bestimmten Anschlagposition sowie einer ausgefahrenen Position durch Bestromung der stationären Spuleneinheit bewegt werden kann. Konkret bewirkt die Bestromung und der durch die Bestromung erzeugte Spulenmagnetfluss im Kernabschnitt das Verdrängen des permanentmagnetischen Flusses und das Erzeugen einer abstoßenden Kraft, so dass entsprechend bei Bestromung die Bewegung der Ankereinheit in Richtung auf ihre ausgefahrene Position bewirkt wird. Insbesondere im Hinblick auf eine einfache, großserientaugliche Fertigbarkeit sowie eine hohe Zuverlässigkeit im Betrieb, damit verbunden eine lange Standzeit, hat sich ein derartiges, als gattungsbildend vorausgesetztes elektromagnetisches Stellprinzip als vorteilhaft herausgestellt und bewährt. - In dem Bestreben, den Aufwand für die Permanentmagneteinheiten zu minimieren, bzw. deren Einsatz (etwa im Hinblick auf das verwendete Material, zu realisierende Halte- bzw. Abstoßungskräfte oder dergleichen) zu optimieren, besteht gleichwohl ein Bedürfnis darin, elektromagnetische Stellvorrichtungen der oberbegrifflichen Art (bei gleichbleibenden magnetischen Eigenschaften) kompakter zu gestalten, insbesondere einen permanentmagnetischen Körper zur Realisierung der Permanentmagnetmittel zu verkleinern und damit zu optimieren. Eine derartige Lösung ist insbesondere relevant in einem Einsatzkontext, bei welchem ein Paar (oder mehr als zwei) von aus Ankereinheit, Kernabschnitt und Spule realisierten Aktuatoren nebeneinander angeordnet werden muss, etwa in der Absicht, verschiedene Stellvorgänge an einer Nockenwellensteuerung bzw. -umschaltung durch jeweils zugeordnete, durch Ankereinheiten realisierte Stößel zu ermöglichen (etwa ein Hin- und Zurückstellen eines Stellpartners durch zwei verschiedene, dort eingreifende Stößel). Entsprechend besteht das Bedürfnis nach einer möglichst kompakten Realisierung der Aktuatoren, mithin auch nach der oben skizzierten (permanent-) magnetischen Optimierung.
- Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist daher, eine elektromagnetische Stellvorrichtung nach dem Oberbegriff des Hauptanspruchs, bei welcher zwei oder mehr Aktuatoren Einsatz finden, im Hinblick auf eine erreichbare Kompaktheit, insbesondere einen möglichen Mindestabstand zwischen den Ankereinheiten, zu verbessern, dabei trotz verbesserter Kompaktheit zumindest gleichbleibende magnetische Eigenschaften (etwa im Hinblick auf eine permanentmagnetische Haltekraft an den Kernabschnitten und/oder eine abstoßende Kraft zur Bewegung der Ankereinheiten) zu gewährleisten.
- Eine Stellvorrichtung nach dem Oberbegriff von Anspruch 1 ist aus
DE 10 2010 024 030 bekannt. - Die Aufgabe wird durch die elektromagnetische Stellvorrichtung mit den Merkmalen des Hauptanspruches gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen beschrieben. Weiterer Schutz im Rahmen der Erfindung wird beansprucht für eine Verwendung nach den unabhängigen Patentansprüchen 9 und 10.
- In erfindungsgemäß vorteilhafter Weise werden die vormals einzeln vorgesehenen, als aus dem Stand der Technik bekannt vorauszusetzenden Einzelaktuatoren zusammengefügt zu einem im Magnetfluss optimierten System, bei welchem sowohl im unbestromten Zustand der (mindestens einen) Spuleneinheit, als auch im bestromten Zustand zum Antreiben jeweiliger Ankereinheiten durch günstige Magnetflussführung eine Unterstützung der magnetischen Wirksamkeit erfolgt.
- Erfindungsgemäß vorteilhaft ist zu diesem Zweck den jeweiligen Aktuatorabschnitten (d.h. jeweiliger Kernabschnitt mit zugeordneter, diesem gegenüber beweglicher Ankereinheit mit Permanentmagnetmitteln) ein gemeinsamer Flussleitabschnitt in Form der erfindungsgemäßen Flussleiteinheit zugeordnet, welcher erfindungsgemäß wie folgt wirkt:
- In einem unbestromten Zustand der Spuleneinheit fließt ein Permanent-magnetfluss der jeweiligen beiden Permanentmagnetmittel (der zugehörigen Ankereinheiten) durch die gemeinsame Flussleiteinheit, so dass ein optimiertes Haft- bzw. Halteverhalten der jeweiligen Ankereinheiten am zugehörigen Kernabschnitt mit damit verbundenen verbesserten bzw. erhöhten Haltekräften erreicht wird. Wenn dann durch Bestromen der Spuleneinheit (genauer: einer einer Ankereinheit zugehörigen Spule oder Wicklung) die betroffene Ankereinheit aus der Anschlag- und Haftposition am zugehörigen Kernabschnitt in eine ausgefahrene (Stell-) Position bewegt werden soll, bewirkt die erfindungsgemäß und vorteilhaft eingesetzte Flussleiteinheit, dass nicht nur durch die Bestromung der Permanentmagnetfluss des der zu bewegenden Ankereinheit zugehörigen Permanentmagnetmittel aus der Flussleiteinheit verdrängt wird, vielmehr erfolgt auch eine Verdrängung des Permanentmagnetflusses der Permanentmagnetmittel der anderen Ankereinheit, also der nicht zu bewegenden bzw. nicht aktivierten Ankereinheit. Durch die Verdrängung wird dieser Permanent-magnetfluss in den Kernabschnitt des bestromten bzw. zu bewegenden Ankers verdrängt, mit der Wirkung, dass die permanentmagnetische Abstoßungswirkung auf die zu bewegende Ankereinheit zusätzlich erhöht wird, entsprechend die dynamischen Eigenschaften der Ankerbewegung (also etwa eine Reaktionszeit, Abstoßungsbeschleunigung und -geschwindigkeit) zusätzlich und vorteilhaft erhöht werden.
- Zu diesem Zweck sind erfindungsgemäß die Kernabschnitte der Ankereinheiten magnetisch leitend miteinander verbunden, damit insbesondere im beschriebenen Aktivierungs- bzw. Bestromungszustand die vorteilhafte Permanentflussverdrängung bzw. -umleitung des Permanentmagnetflusses eines nicht bestromten bzw. nicht aktivierten Kern-Anker-Paares zum bestromten Aktuatorabschnitt erfolgen kann.
- Während zum Erreichen dieser vorteilhaften Wirkungen im Sinne der Erfindung die Anzahl der derartig zusammenwirkenden Aktuatorabschnitte (d.h. Ankereinheit mit zugehörigem Kernabschnitt) auch mehr als zwei betragen kann und die Bewegungsrichtungen dieser Aktuatorabschnitte prinzipiell beliebig zueinander ausgerichtet sein können, hat sich gleichwohl eine Realisierungsform der Erfindung als besonders günstig und bevorzugt herausgestellt, bei welcher sowohl die Ankereinheiten als auch die Kernabschnitte jeweils als Paar vorgesehen und so ausgerichtet sind, dass die jeweiligen Bewegungsrichtungen der Ankereinheit (mit ggf. daran ausgebildeten Stößelabschnitten zum Eingreifen in einen zugehörigen Stellpartner) zueinander parallel verlaufen. Bei einer solchen Realisierungsform ist es dann einerseits günstig und bevorzugt, die erfindungsgemäß den Kernabschnitt-Ankereinheit-Paaren gemeinsam und benachbart vorzusehende Flussleiteinheit entweder in der Art eines ein freies Ende ausbildenden arm- bzw. stegartigen Abschnitts zwischen diesen Aktuatorpaaren anzuordnen, ergänzend oder alternativ z.B. im Rahmen einer (teilweise) umschließenden Gehäusekonstruktion, diese Flussleiteinheit als entsprechend arm- bzw. stegartige Gehäuseabschnitte in der Projektion mittig und mantelseitig an bzw. benachbart der/den jeweiligen Aktuatorabschnitte anzuordnen.
- Gerade letztere Variante bietet den zusätzlichen Vorteil, dass weiterbildungsgemäß etwa eine zur Realisierung der Flussleiteinheit gebildete Gehäuseschale aus entsprechend eingerichtetem flussleitenden Material (z.B. einem metallischen Blechmaterial) zusätzlich an einem Schalenabschnitt die erfindungsgemäß vorteilhafte und notwendige flussleitende Verbindung zwischen den mindestens zwei erfindungsgemäßen Kernabschnitten realisieren kann; auf diese Weise kann dann eine schalenartige Einheit zur Realisierung dieses bevorzugten Ausführungsbeispiels etwa endseitig die beiden Kernabschnitte sowohl mechanisch umfassen und halten, als auch für die magnetische Flussleitung sorgen, gleichzeitig kann dann, weiter bevorzugt in der Art eines sich parallel zueinander erstreckenden Paares der weiterbildungsgemäßen arm- bzw. stegartigen Abschnitte zur Realisierung der Flussleiteinheit, einstückig und durch etwa geeignet großserientaugliche Fertigbarkeit eine solche vorteilhafte Realisierung mit geringem Herstellungs- und Montageaufwand realisiert werden.
- Eine solche, in der praktischen Realisierung bevorzugte Ausführungsform der Erfindung ermöglicht es dann auch, in besonders einfacher und eleganter Weise durch entsprechende Dimensionierung des stegartigen Abschnitts (bzw. entsprechende Materialwahl), dafür zu sorgen, dass in dem unbestromten Zustand der Spuleneinheit, also dem Anschlagzustand der Ankereinheiten an den jeweils zugehörigen Kernabschnitten, ein in der Flussleiteinheit fließender permanentmagnetischer Fluss nicht in die Sättigung gerät (mit anderen Worten, ein flusswirksamer Querschnitt der magnetischen Flussleiteinheit muss ausreichend groß dimensioniert sein), so dass es zu keiner sättigungsbedingten Beeinträchtigung der permanentmagnetischen Haftwirkung in diesem deaktivierten Bestromungszustand kommt.
- Gleichermaßen ermöglicht es auch eine solche bevorzugte Realisierungsform (wie auch andere mögliche Realisierungsformen der Erfindung), die Flussleiteinheit bzw. einen flusswirksamen Querschnitt so auszugestalten, dass in dem bestromten Zustand der Spuleneinheit das Spulmagnetfeld der entsprechend bestromten Spuleneinheit ausreicht, um die permanentmagnetischen Flüsse der Permanentmagneteinheiten in diesem Betriebszustand (zumindest im Hinblick auf einen sich auf die Beschleunigungskraft signifikant auswirkenden Teil dieser Flüsse) zu verdrängen, so dass in der vorbeschriebenen Weise vorteilhaft ein entsprechend verdrängter Fluss zusätzlich zur Abstoßungswirkung beitragen kann.
- Insbesondere eine schalenartige Gehäuseausgestaltung zur Realisierung eines Paares von weiter bevorzugt einstückig daran ansitzenden stegartigen Abschnitten und der magnetisch flussleitenden Verbindung zwischen den zwei Kernabschnitten ermöglicht zusätzlich vorteilhaft, dass ein in eine solche Gehäuseschale randseitig im Bereich eines Kernabschnitts eingebrachter Ein- bzw. Ausschnitt sich zusätzlich vorteilhaft (verringernd) auf Querkräfte zwischen dem Paar von Ankereinheiten auswirkt und weiter vorteilhaft eine zusätzliche Axialkraft ab einem bestimmten Punkt des Hubweges entlang der Bewegungsrichtung der jeweiligen Ankereinheiten erzeugt. Nicht nur ist ein derartiger Aus- bzw. Einschnitt (alternativ etwa auch durch entsprechende Materialmodifikationen zu erreichen) einfach herstell- und anpassbar, zusätzlich erfolgt hierdurch in der beschriebenen Weise eine weitere Beeinflussung des Fluss- und damit des Bewegungsverhaltens der Anordnung.
- Im Ergebnis wird durch die erfindungsgemäße Vorrichtung in konstruktiv überraschend einfacher und großserientauglicher Weise das magnetische Verhalten gattungsbildender Permanentstellglieder signifikant erhöht, wobei vorteilhaft durch erfindungsgemäßes Verdrängen bzw. Umleiten permanentmagnetischer Flusskomponenten sowohl eine Haftkraft der Ankereinheiten, als auch ein Abstoßungsverhalten optimiert werden kann. Konsequent ist die Möglichkeit, bei gleichbleibenden magnetischen Eigenschaften derartige Einheiten kompakter zu gestalten (alternativ bei gegenüber dem Stand der Technik gleichbleibenden Dimensionen zusätzliche magnetische bzw. dynamische Leistungsfähigkeit zu erreichen).
- Dabei ist die vorliegende Erfindung nicht auf die bevorzugten Einsatzgebiete im Bereich der Kraftfahrzeugtechnik, und dort insbesondere den Bereich der Verstellung von Aggregaten eines Verbrennungsmotors beschränkt, vielmehr bietet sich die vorliegende Erfindung zum Einsatz für jedweden Stellzweck an, bei welchem vorteilhaft mindestens zwei Ankereinheiten unabhängig voneinander durch Bestromen (mindestens) einer Spuleneinheit angetrieben werden können und so in der erfindungsgemäß beschriebenen Weise magnetflussoptimiert zusammenwirken.
- Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele sowie anhand der Zeichnungen; diese zeigen in:
- Fig. 1, Fig. 2:
- eine Schemaansicht zum Beschreiben des Prinzipaufbaus und der prinzipiellen Wirkungsweise einer elektromagnetischen Stellvorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform mit zwei parallel zueinander geführten Ankereinheiten in einem unbestromten (
Fig.1 ) sowie einem für eine der Ankereinheiten bestromten Aktivierungszustand (Fig. 2 ); - Fig. 3:
- eine Detailansicht einer Gehäuseschale zum Ausbilden sowohl einer magnetischen flussleitenden Verbindung zwischen einem Paar von Kernabschnitten, als auch zur Realisierung der erfindungsgemäßen Flussleiteinheit als Paar von sich arm- bzw. stegartig erstreckenden magnetisch leitenden Abschnitten und
- Fig. 4, Fig. 5:
- Perspektivdarstellungen einer Variante einer elektromagnetischen Stellvorrichtung zur praktischen Umsetzung des Prinzips von
Fig. 1, Fig. 2 unter Nutzung des schalenartigen Gehäuses vonFig. 3 . - Die
Fig. 1 verdeutlicht in der Schemadarstellung die wesentlichen, zur Realisierung der Erfindung am Ausführungsbeispiel mit zwei Ankereinheiten zusammenwirkenden Funktionskomponenten: Eine erste Ankereinheit bestehend aus einem stößelartigen Ankerkörper 10 und einem scheibenartigen, axial magnetisierten Permanentmagnetkörper 12 ist mit einer axialen Bewegungsrichtung parallel zu einer zweiten Ankereinheit, analog bestehend aus einem zweiten stößelartigen Ankerkörper 14 und einer zweiten Permanentmagnetscheibe 16, geführt. Die erste Ankereinheit 10, 12 wirkt dabei in ansonsten bekannter und in derDE 102 40 774 der Anmelderin beschriebenen Weise zusammen mit einem ersten stationären Kernabschnitt 18, welcher wiederum magnetisch zusammenwirkt mit einer ersten Spuleneinheit 20 (welche in ansonsten bekannter Weise realisiert ist als auf einem geeigneten Spulenträger vorgesehene Wicklung). Analog wirkt die zweite Ankereinheit 14, 16 zusammen mit einem zweiten stationären Kernabschnitt 22, welchem wiederum eine zweite Spuleneinheit 24 zugeordnet ist. In der in derFig. 1 gezeigten Weise sind die Kernabschnitte 18, 22 verbunden durch einen gemeinsamen Flussleitabschnitt 26, welcher im gezeigten Ausführungsbeispiel schematisch-bügelartig die jeweiligen Kernabschnitte an ihren den zugehörigen Ankereinheiten entgegengesetzten Enden verbindet. - Zusätzlich zeigt die
Fig. 1 zum schematischen Verdeutlichen eines ersten Erfindungsprinzips einen (in der praktischen Realisierung blechartig realisierten) Rückflussabschnitt 28, 30 sowie eine Deckeleinheit 32 zum Führen der Ankerstößel 10, 14 als Teil eines (nicht gezeigten) weiteren Gehäuses. - Die
Fig. 1 verdeutlicht den permanentmagnetischen Flussverlauf in einer solchen Anordnung im unbestromten Zustand der Spuleneinheit 20, 24: Wie durch Pfeile 34 (für die Permanentmagneteinheit 12) bzw. 36 (für die Permanentmagneteinheit 16) verdeutlicht, fließen permanentmagnetische Flüsse beider Permanentmagneteinheiten in diesem Haftzustand der Ankereinheiten an den jeweiligen Kernabschnitten gleichgerichtet und gemeinsam durch den Flussleitabschnitt 28 bzw. 30, welcher in der gezeigten Weise für beide permanentmagnetische Flusskreise wirkt und diesen gemeinsam zugeordnet ist (weiter vorteilhaft bei symmetrischer Anordnung auch in gleicher Beabstandung, etwa mittig bzw. randseitig benachbart). Durch diese vorteilhafte Flussführung mittels der Elemente 28, 30 zeigt sich eine gegenüber einer von derartigen Abschnitten 28, 30 freien Anordnung deutlich erhöhte Haftkraft der jeweiligen Ankereinheiten 10, 12 bzw. 14, 16 an den zugehörigen Kernabschnitten 18 bzw. 22. In einer exemplarischen Realisierung würde sich eine typische Haftkraft von etwa 2 bis 3 N ohne die Rückflusseinheiten 28, 30 beim erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel auf ca. 8 bis 10 N bei ansonsten gleichbleibenden geometrischen magnetischen Bedingungen sowie Bestromungsstärken erhöhen (Ergebnis einer Simulation). Die dicken schwarzen Pfeile verdeutlichen die beschriebene Anschlagposition an den Kernabschnitten. Gegenüber derFig. 1 verdeutlicht dieFig. 2 den bestromten Zustand der Spuleneinheit 20 zum Aktivieren (Bewegen) der ersten Ankereinheit 10, 12 in der Richtung des abwärts gerichteten Pfeils 40: Flusspfeile 42 verdeutlichen die Richtung des durch die Bestromung der Spule 20 erzeugten magnetischen Spulenflusses. Dieser verdrängt nicht nur den permanentmagnetischen Fluss (Pfeile 34 inFig. 1 ) aus den Abschnitten 28, 30, so dass die Haftung der Permanentmagneteinheit 12 am Kernabschnitt 18 faktisch aufgehoben wird, auch führt der Spulenmagnetfluss zu einer Verdrängung des permanentmagnetischen Flusses (Pfeile 36 inFig. 1, Fig. 2 ) aus den Flussleitabschnitten 28, 30 in den Verbindungsabschnitt 26 und in den gegenüberliegenden (unterhalb der aktivierten Spule 20 liegenden) Kernabschnitt 18. Ergebnis ist, wie in derFig. 2 gezeigt, damit nicht nur die abstoßende Wirkung des Spulenmagnetflusses 42 auf die Permanentmagnetmittel 12, zusätzlich wirkt, insoweit diese Abstoßung verstärkend, der verdrängte bzw. umgeleitete Permanentmagnetfluss 36 der Permanentmagnetmittel 16, in der in derFig. 2 gezeigten Weise umgeleitet in den ersten Kernabschnitt 18, zusätzlich antreibend und beschleunigend auf die erste Ankereinheit 10, 12. Entsprechend ist das magnetische sowie das dynamische Verhalten der in denFig. 1, 2 gezeigten Anordnung sowohl im unbestromten Zustand (Fig. 1 ), als auch im bestromten Zustand der Spuleneinheit (Fig. 2 ) synergetisch und optimiert, wobei die Flussleitabschnitte 28, 30 bei diesem Realisierungsbeispiel der Erfindung diese vorteilhaften Wirkungen erzeugen. - Anhand der
Fig. 3 bis 5 wird ein Beispiel zur konstruktiven Realisierung dieses Ausführungsbeispiels gezeigt. Wesentliches Element, insbesondere zur Realisierung der Rückschlussfunktionalität 28, 30 inFig. 1, 2 , gleichermaßen zur Realisierung der magnetflussmäßigen Verbindung (26) zwischen den Kernabschnitten ist dabei ein Gehäuseelement 50, welches am Ausführungsbeispiel einstückig aus einem magnetisch leitenden Blechmaterial realisiert in der Perspektivdarstellung gezeigt ist. Charakteristisch für diese Umsetzungsvariante der Erfindung ist ein im praktischen Einsatz (Fig. 4, Fig. 5 für die konstruktive Realisierung der Gesamtvorrichtung ohne bzw. mit dargestellter Wicklung) einen jeweiligen Kernabschnitt umschließender, umlaufender Schalenabschnitt 52 des Gehäuses derFig. 3 , von welchem sich beidseits mittig ein Paar von steg- bzw. armartigen Abschnitten 54, 56 zum Ausbilden der Rückflussabschnitte (entsprechend 28 inFig. 1, 2 ) erstreckt. Wie diesbezüglich dieFig. 4 bzw. 5 erkennen lassen, erstrecken sich diese stegartigen Abschnitte 54, 56 parallel zu einer jeweiligen Bewegungsachse der Ankerkörper 10, 14, liegen jedoch im Ausführungsbeispiel nicht zwischen diesen, sondern, symmetrisch und gleichmäßig beabstandet, diesen (mantel-)seitig benachbart. In der Projektion auf eine durch beide Bewegungsachsen der Ankereinheiten bestimmte Ebene würden gleichwohl die beiden Stegabschnitte 54, 56 dann gleich beabstandet zwischen diesen Achsen liegen. - Zur Realisierung des Flussleitabschnittes 26 (
Fig. 1, Fig. 2 ), welcher die jeweiligen Kernabschnitte 18, 22 verbindet, weist das Ausführungsbeispiel derFig. 3 bis 5 eine Platte 60 auf, welche in der gezeigten Weise die armartigen Abschnitte 54, 56 am jeweiligen freien Ende verbindet und gleichermaßen eine magnetische Flussbeziehung zu den inFig. 4 (ohne Bewicklung) gezeigten Kernabschnitten 18, 22 herstellt. - Gut zu erkennen in den
Fig. 3 bis 5 sind die beidends endseitig und einander gegenüberliegend im Schalenbereich 52 gebildeten Ausschnitte 58, welche sich als bevorzugte Weiterbildungen zusätzlich vorteilhaft auf das Stell- und Bewegungsverhalten der Ankereinheiten (bzw. auch das Vermindern einer gegenseitigen Beeinflussung dieser Ankereinheiten) auswirken.
Claims (10)
- Elektromagnetische Stellvorrichtung mit
mindestens zwei jeweils einen Ankerkörper (10, 14) sowie Permanentmagnetmittel (12, 16) daran aufweisenden Ankereinheiten, die gegenüber einem jeweiligen stationären Kernabschnitt (18, 22) und einer den Kernabschnitten zugeordneten Spuleneinheit (20, 24) als Reaktion auf eine Bestromung derselben bewegbar und zum Zusammenwirken mit einem jeweiligen Stellpartner vorgesehen sind, wobei den zwei Kernabschnitten und Ankereinheiten gemeinsam benachbart eine magnetische Flussleiteinheit (28, 30; 54, 56) sich in einer Bewegungsrichtung der Ankereinheiten erstreckend vorgesehen ist, die so ausgebildet und bemessen ist, dass in einem unbestromten Zustand der Spuleneinheit ein gleichgerichteter Permanent-Magnetfluss (34, 36) der zwei Permanentmagnetmittel gemeinsam durch die Flussleiteinheit fließt,
und in einem zum abstoßenden Bewegen einer der Ankereinheiten aktivierten bestromten Zustand der Spuleneinheit (42) ein durch die Bestromung erzeugter Spulenmagnetfluss (42) in der Flussleiteinheit den Permanentmagnetfluss der Permanentmagnetmittel der nicht durch die Bestromung zu bewegenden Ankereinheit aus der Flussleiteinheit zumindest teilweise verdrängt,
dadurch gekennzeichnet, dass
ein schalenartiges Gehäuse (50) aus magnetisch flussleitendem Material die Ankereinheiten umschließt und arm- oder stegartige Abschnitte (54, 56) zur Realisierung der Flussleiteinheit ausbildet, welche an jeweiligen freien Enden durch eine Platte (60) miteinander verbunden sind, wobei die Platte die Kernabschnitte verbindet, wodurch die zwei Kernabschnitte so magnetisch flussleitend miteinander verbunden (26) sind, dass in dem bestromten Zustand die Verdrängung des Permanentmagnetflusses zu dem Kernabschnitt der durch die Bestromung zu bewegenden Ankereinheit erfolgt, mit der Wirkung, dass eine permanentmagnetische Abstoßungswirkung auf die durch die Bestromung zu bewegende Ankereinheit zusätzlich erhöht wird. - Vorrichtung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Ankereinheiten so vorgesehen sind, dass ihre jeweiligen Bewegungsrichtungen sich parallel zueinander erstrecken und die Flussleiteinheit (50) stegartige Abschnitte (54, 56) aufweist, die sich parallel zu den Bewegungsrichtungen, von einem jeweiligen der Kernabschnitte bis zu den jeweiligen Ankereinheiten, erstrecken. - Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet,
dass die stegartige Abschnitte ausbildende Flussleiteinheit (50) einends, den Ankereinheiten benachbart, ein offenes Ende ausbildet. - Vorrichtung nach Anspruch 3,
dadurch gekennzeichnet,
dass die stegartigen Abschnitte sich zwischen den Kernabschnitten und/oder zwischen den Ankereinheiten erstrecken. - Vorrichtung nach Anspruch 3,
dadurch gekennzeichnet,
dass die stegartigen Abschnitte, bevorzugt als Paar (54, 56) von zueinander parallel ausgerichteten stegartigen Abschnitten, von beiden Ankereinheiten in einem gleichen Abstand benachbart und mantelseitig von diesen sowie den zugehörigen Kernabschnitten beabstandet vorgesehen sind. - Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
dadurch gekennzeichnet,
dass die mindestens eine, bevorzugt querschnittlich flach und/oder als Blechabschnitt realisierte stegartige Flussleiteinheit (50) so dimensioniert und eingerichtet ist, dass in dem unbestromten Zustand der Permanentmagnetfluss der zwei Permanentmagnetmittel keine magnetische Flusssättigung in der Flussleiteinheit hervorruft. - Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 3,
dadurch gekennzeichnet,
dass die stegartigen Abschnitte als Abschnitte einer die zwei Kernabschnitte insbesondere mantelseitig umschließenden, magnetisch leitenden Schale (50) und/oder Gehäuseeinheit realisiert sind. - Vorrichtung nach Anspruch 7,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Schale im Bereich eines der Kernabschnitte den betreffenden anderen der Kernabschnitte abgewandt einen Ausschnitt (58), Einschnitt und/oder einen in einer Materialdicke reduzierten Abschnitt aufweist. - Verwendung der elektromagnetischen Stellvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8 zur Realisierung einer Verstelleinheit für ein Verbrennungsmotoraggregat und/oder eine Verbrennungsmotorfunktionalität, wobei insbesondere der Stellpartner als Nockenwellenverstelleinheit des Verbrennungsmotors ausgebildet ist.
- Verwendung der Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8 zur Realisierung eines Hydraulik- oder Pneumatikventils.
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