EP4070346A1 - Electromagnetic actuator with intermediate position - Google Patents

Electromagnetic actuator with intermediate position

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Publication number
EP4070346A1
EP4070346A1 EP20828528.8A EP20828528A EP4070346A1 EP 4070346 A1 EP4070346 A1 EP 4070346A1 EP 20828528 A EP20828528 A EP 20828528A EP 4070346 A1 EP4070346 A1 EP 4070346A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
permanent magnet
armature unit
actuating
setting position
holding means
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
EP20828528.8A
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Sebastian Bölling
Patrick Moll
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
ETO Magnetic GmbH
Original Assignee
ETO Magnetic GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by ETO Magnetic GmbH filed Critical ETO Magnetic GmbH
Publication of EP4070346A1 publication Critical patent/EP4070346A1/en
Pending legal-status Critical Current

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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F7/00—Magnets
    • H01F7/06—Electromagnets; Actuators including electromagnets
    • H01F7/08—Electromagnets; Actuators including electromagnets with armatures
    • H01F7/16—Rectilinearly-movable armatures
    • H01F7/1638—Armatures not entering the winding
    • H01F7/1646—Armatures or stationary parts of magnetic circuit having permanent magnet
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01L—CYCLICALLY OPERATING VALVES FOR MACHINES OR ENGINES
    • F01L13/00—Modifications of valve-gear to facilitate reversing, braking, starting, changing compression ratio, or other specific operations
    • F01L13/0015—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
    • F01L13/0036—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
    • 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
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
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    • F01L2013/10—Auxiliary actuators for variable valve timing
    • F01L2013/101—Electromagnets
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01L—CYCLICALLY OPERATING VALVES FOR MACHINES OR ENGINES
    • F01L2301/00—Using particular materials
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F01L2820/00—Details on specific features characterising valve gear arrangements
    • F01L2820/01—Absolute values
    • H—ELECTRICITY
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    • H01F7/16—Rectilinearly-movable armatures
    • H01F2007/1669—Armatures actuated by current pulse, e.g. bistable actuators

Definitions

  • the present invention relates to an electromagnetic actuator.
  • the present invention relates to an electromagnetic actuating device for providing an intermediate position in addition to a retracted and extended actuating position.
  • Electromagnetic actuating devices as actuators for a wide variety of actuating tasks in the motor vehicle sector are sufficiently known from the prior art. As shown, for example, in DE 20 114 466 U1, these generally energizable stationary coil means, armature means mounted axially movable relative to them, connected to a plunger, which can be driven along the plunger direction and moved out of the actuator housing as a reaction to energization of the coil means.
  • Such actuators are used in particular for adjusting the camshaft of an internal combustion engine, the tappet of the actuator being selectively engageable with a shift gate of a sliding cam.
  • the tappet of the actuator being selectively engageable with a shift gate of a sliding cam.
  • spring means in the actuator which support the repulsion of the armature from the energized coil means or from the core unit connected to it.
  • the spring means also enable a bistable design of the actuator without further energy supply to the coil means, the armature unit or a plunger connected to it remaining in the extended state as soon as the spring force is stronger than that between armature and Core unit acting attraction or retention force of the
  • EP 2474009 B1 discloses an actuator with a core area, which has permanent magnetic flux-conducting discs at both ends, which interact with permanent magnet means arranged at both ends of the armature unit and wherein in the third setting position none of these permanent magnet means adheres to the core area due to opposing forces of attraction.
  • the present invention is based on the object of overcoming or at least significantly reducing the aforementioned disadvantages of the prior art.
  • an improved electromagnetic actuating device is to be provided with which, in addition to a first and second actuating position, a third actuating position can be approached or provided, preferably selectively.
  • an additional structural effort in the implementation of such an adjusting device and in particular an increased installation space or space requirement for the device is to be minimized or avoided.
  • the invention relates to an electromagnetic actuating device comprising energizable stationary coil means with a stationary core area assigned to it, an armature unit with permanent magnet means that is movable relative to the coil means and core area and a plunger preferably arranged at one end with a free end section for engaging an actuating partner, in particular a Guide groove of a camshaft, wherein the armature unit can be moved along a longitudinal axis of movement in at least two setting positions, in particular in a first retracted setting position and a second extended setting position, and wherein the setting device has permanent magnetic flux-conducting holding means spaced apart from the core area, which for interaction with the
  • Permanent magnet means of the armature unit are formed in a third setting position between the first and second setting position, such that the armature unit is held in a third setting position between the first and second setting position and / or exerts a predefined force potential in the direction of the actuating partner.
  • the term “in the direction of the actuating partner” is understood here to mean, in particular, the application of a force potential to an actuating partner such as a guide groove, in particular in the direction of a contact surface such as a groove bottom of the guide groove.
  • the free end section of the plunger can be held firmly in the guide groove or pressed against the groove base by the force potential provided or the pressing force.
  • the force potential acts preferably coaxially or parallel to the longitudinal axis of movement, preferably in an extension direction of the plunger.
  • a force potential in Direction of a differently shaped or differently arranged surface or contact surface of an actuating partner assigned to the actuating device are provided in the third actuating position.
  • the force potential can also be present or exerted in the return direction of the plunger along the longitudinal axis of movement.
  • a force potential can act between a surface of the notch and a surface or contact surface of the actuating partner assigned to it.
  • the armature unit of the device preferably has permanent magnet means arranged at only one end.
  • the permanent magnet means preferably comprise a plurality of disk-shaped permanent magnets, which can be axially strung together along the longitudinal axis of movement.
  • the permanent magnet means preferably have a constant outer diameter.
  • disc-shaped elements made of magnetically flux-conducting material such as iron, for example, can be arranged axially at both ends of the permanent magnet means.
  • the anchor unit of the device preferably has a plunger arranged at one end with a free end section.
  • the armature unit has only one plunger which, starting from the permanent magnet means preferably arranged at one end, extends axially along the longitudinal axis of movement to an opposite end of the armature unit.
  • the plunger of the armature unit is preferably designed concentrically with the permanent magnet means.
  • the plunger extends preferably from one end of the permanent magnet means in the direction of an actuating partner and can for example be formed integrally with the permanent magnet means or as a separate component magnetically adhering thereto.
  • the plunger preferably has a constant outer diameter.
  • the device preferably comprises only one coil unit or coil means which is or are assigned to the respective one stationary core area.
  • the only one coil unit is preferably arranged at an end of the device opposite the free end section of the plunger.
  • the coil means or the coil unit is preferably connected to control means which can be selectively connected to the actuating device or can be formed integrally with the actuating device.
  • the control means are preferably designed to selectively provide a predefined current supply to the coil means, in particular a pulsed current application, preferably with a variable length.
  • the coil means preferably have only one coil winding. This means that in addition to the coil winding provided, no further winding, in particular no further coil winding with a different orientation, is made available. As a result, the space requirement and the weight of the electromagnetic actuating device can be minimized.
  • the armature unit is designed to interact with the coil means and the core area in such a way that, in response to a selective energization of the coil means, the armature unit is moved from the first to the second or third setting position, in particular by selecting a corresponding duration of the energization .
  • current can be supplied between 10 and 100 ms.
  • a short current pulse for example, can be used to move the armature unit to the third, intermediate setting position from 5 to 25 ms, more preferably from 10 to 20 ms.
  • a relatively longer current pulse of, for example, 20 to 100 ms, more preferably 25 to 75 ms, can be applied.
  • a magnetic field homopolar to the permanent magnet means of the armature unit is generated or formed in a manner known per se, which counteracts the field of the permanent magnet means otherwise adhering to the core area and thus repels the permanent magnet means from the core area and the Coil means leads.
  • the current supply is preferably stopped in each case.
  • the third intermediate setting position is kept stable in a currentless manner by the interaction of the permanent magnet means with the holding means.
  • the armature unit is preferably kept stable in the de-energized state of the coil means by an interaction of the permanent magnet means with the core area.
  • the second extended set position is preferably kept stable in a currentless manner by the interaction of the permanent magnet means with a guide element of the device, which is arranged opposite to the core area in the device and preferably consists of magnetically flux-conducting material.
  • the guide element is preferably used to guide the plunger and / or the anchor unit.
  • the anchor unit can also be used in the Core area be guided or stored and the tappet storage by means of the guide element.
  • the present invention makes it possible, through the magnetic interaction of the holding means and permanent magnet means, to provide a third setting position of the setting device in a structurally simple and cost-effective manner.
  • damping means that act differently, for example by means of structurally viscous fluid or by applying transverse force to the armature unit, for example by means of ball locking, an effective and at the same time low-wear and low-maintenance design of the actuating device can be provided.
  • the holding means are preferably arranged along a movement section of the permanent magnet means along the longitudinal axis of movement between the first retracted and second extended setting position and preferably coaxially to the permanent magnet means.
  • the holding means are preferably formed by a separate component which is held in the housing of the device at a predefined location, for example by means of corresponding bearing means.
  • the holding means can alternatively also be formed integrally with the housing of the device.
  • the holding means for interacting with the permanent magnet means are designed in such a way that a movement of the armature unit along the longitudinal axis of movement from the first retracted setting position to the second extended setting position is dampened or weakened and / or stopped when approaching or passing through the third setting position .
  • radial magnetic transverse forces preferably occur, in particular in a predefined stroke section H2 of the armature unit, which at least dampen the movement of the permanent magnet means and thus of the armature unit or weaken and / or stop.
  • the damping or weakening and / or stopping preferably take place in a currentless state of the coil means, that is to say in which there is no longer an initial application of current to the coil means for extending the. In the energized state of the coil means, the armature unit travels through the third actuating position with essentially no resistance.
  • the holding means are designed to interact with the permanent magnet means of the armature unit in such a way that the armature unit exerts a preferably essentially homogeneous force potential in the direction of the actuating partner via a predefined stroke section H3 between the first and second actuating positions.
  • the holding means are designed in such a way that, in addition to a radial magnetic transverse force, an axial force acting in the direction of the actuating partner acts or can be exerted on the actuating partner.
  • the third intermediate setting position lies in the predefined stroke section H3 and can be defined, for example, by engaging the plunger in a groove base of a setting partner.
  • the coil means can be energized in such a way that the intermediate third setting position of the armature unit is reached, the stroke of the armature unit being limited by contact with, for example, a groove base of the setting partner.
  • a preferably predefined force potential is then exerted on the setting partner. This can prevent the plunger from loosening from the actuating partner and thus effectively ensure that the third actuating position is held securely.
  • the predefined stroke section enables with preferably essentially homogeneous force potential, the provision of tolerance compensation for the installation of the device in control assemblies.
  • the term “essentially homogeneous” is understood here in particular to mean that the force potential over the predefined stroke section has a variance or deviation of less than 1.5N, preferably less than 1N, more preferably less than 0.5N and most preferably of less than 0.3N.
  • the force potential exerted on the actuating partner is preferably in the range from 0.1 to 5N, more preferably in the range from 1.5 to 3N.
  • the predefined stroke section H3 with preferably essentially homogeneous force potential preferably comprises a stroke of the armature unit and thus of the plunger along the longitudinal axis of movement of 0.5 to 2.5 mm, more preferably 1 to 2 mm.
  • the holding means comprise an essentially cylindrical flow-guiding element with a preferably constant inner and outer diameter or are formed by this.
  • the holding means are preferably arranged in the device in such a way that they preferably surround the permanent magnet means in the third setting position of the armature unit.
  • the holding element can be designed as a cylindrical rotating part.
  • the holding element is designed as a cylindrically bent or rolled sheet metal part with a preferably constant wall thickness.
  • the bleached part is bent into the desired shape from an originally rectangular sheet.
  • the holding element here preferably surrounds the permanent magnet means around a circumference of at least 330 °, more preferably of at least 350 °, most preferably of at least 355 °. They are particularly preferred Holding means around the entire circumference of the permanent magnet means, ie arranged closed around a circumference of 360 °.
  • the holding means comprise an essentially cylindrical flow-guiding element with a constant outer diameter and a variable inner contour.
  • the inner contour can, for example, have a structured surface.
  • the inner contour has an inner diameter that decreases in the direction of movement towards the second setting position.
  • the element has a preferably homogeneous cross-section in the form of half a truncated cone in relation to the circumference.
  • This shape of the holding element can also be designed as a rotating part.
  • the holding element can be designed in the form of a bent or rolled sheet metal part with a varying cross section based on its circumference.
  • the sheet metal part can preferably have at least two, preferably several, preferably similar cutouts or notches distributed around its circumference on one side. In the rolled-out state of the sheet metal part, these preferably have an essentially triangular shape. Alternatively, the cutouts or notches can also have a different geometric shape, in particular a trapezoidal shape. In this way, a very simple to manufacture and at the same time inexpensive solution for the holding means can be provided.
  • the holding means preferably have a height or extent along the longitudinal axis of movement which is essentially equal to or greater than the height or extent of the permanent magnet means in the direction of the longitudinal axis of movement. In an alternative embodiment, the holding means can also have a smaller height or extent than the holding means. As a result, the magnetic area of influence of the holding means can be shortened along the longitudinal axis of movement.
  • the height or extension of the holding means is preferably between 6 and 14 mm, more preferably between 8 and 12 mm.
  • a radial distance between the holding means and the permanent magnet means in particular a distance between an outer circumferential surface of the permanent magnet means and a
  • the inner circumferential surface of the holding means is preferably between 0.2 and 1.4 mm, more preferably between 0.3 and 0.8 mm.
  • An axial distance between the holding means and the core area along the longitudinal axis of movement is preferably between 1 and 7 mm, more preferably between 3.5 and 6 mm.
  • the holding means interact with the permanent magnet means in such a way that a movement of the armature unit along the longitudinal axis of movement from the first retracted setting position to the third intermediate setting position is supported and / or accelerated at least partially and preferably along a predefined stroke section H1 of the armature unit.
  • the movement of the anchor unit is supported by the holding unit when it leaves the first setting position, whereby the extension movement is shortened.
  • the device has no energy accumulator or spring means, in particular between the anchor unit and the core area.
  • the housing of the device is preferably formed from magnetically flux-conducting material.
  • the holding means are preferably spaced apart in the housing of the device or, alternatively, are arranged adjacent to the guide element.
  • the holding means and / or the guide element are preferably formed from soft magnetic material such as iron.
  • the invention relates to a system comprising an electromagnetic actuating device as described above and an associated actuating partner, in particular a sliding cam, having at least one first guide groove, preferably an S-groove known per se, and one that is radially higher on the actuating partner than that, that is, at a shorter distance from the adjusting device than the first groove, the second guide groove, preferably an X-groove known per se.
  • the invention relates to the use of the electromagnetic actuating device as described above for adjusting the camshaft on an internal combustion engine
  • FIG. 1a and 1b each show a schematic longitudinal section through a preferred embodiment of an electromagnetic actuating device according to the present invention in different actuating positions; 2 shows a side schematic sectional view of the electromagnetic adjusting device according to the invention, each in engagement with a guide groove of a camshaft with different adjusting positions;
  • FIG. 3 shows a force-displacement characteristic curve associated with the embodiment according to FIGS. 1 and 2 in the de-energized state of the coil means
  • FIG. 4 shows a longitudinal section through a further preferred embodiment of an electromagnetic adjusting device according to the present invention in different adjusting positions and in engagement with a guide groove of a camshaft with different adjusting positions;
  • FIG. 5 shows a force-displacement characteristic curve associated with the embodiment according to FIG. 4 in the de-energized state of the coil means
  • FIG. 6 shows a force-displacement characteristic curve associated with the embodiment according to FIG. 4 in the energized state of the coil means
  • FIG. 8a and 8b show a preferred embodiment of the holding means as a rolled or curved cylinder
  • FIG. 9a and 9b show a preferred embodiment of the holding means as a rolled or curved cylinder with at least two circumferentially arranged cutouts;
  • FIGS. 9a, 9b shows a preferred embodiment of the holding means as an alternative to FIGS. 9a, 9b.
  • the same elements and elements with the same function are provided with the same reference symbols.
  • FIG. 1a and 1b show a preferred embodiment of the electromagnetic actuating device 10 according to the invention in a side sectional view.
  • This has a housing 30 with a cylindrical housing section 30a, in which the further elements of the device described below are arranged as an assembly.
  • two assemblies are arranged next to one another in the housing 30 in the respective figures, in particular to clarify the setting positions.
  • the present invention is not restricted to this and thus also includes embodiments each having a respective assembly of the actuator.
  • more than two respective assembly (s) can be provided in a common housing 30.
  • the actuating device 10 comprises stationary coil means 1 that can be energized and a stationary and magnetically conductive core area 2 assigned to it.
  • the coil means 1 preferably have a coil body 1a and a coil 1b wound around the coil body 1a.
  • the adjusting device 10 also has an armature unit 3 that can be moved selectively with respect to the coil means 1 and the core region 2 along a longitudinal axis L of movement.
  • This comprises permanent magnet means 4 and a plunger 5 with a free end section 5a for engaging an actuating partner, in particular a guide groove 11 a, 11 b of an actuating partner 11, for example a camshaft (see FIG. 2).
  • the plunger 5 and the permanent magnet means 4 are preferably firmly connected to one another.
  • the permanent magnet means 4 are preferably arranged at one end on the armature unit 3 and the plunger 5 extends to the opposite end.
  • the plunger 5 is preferably in an end of the housing 30 opposite the coil means 1 guided cylindrical guide element 6, which is designed for example as an end housing section.
  • the respective tappet can be guided in a provided bore 6a of the guide 6.
  • the guide element 6 can be fitted into the housing section 30a and is preferably formed from magnetically flux-conducting material.
  • the core area 2 has a flat inner side 2a and is preferably designed to interact with the permanent magnet means 4 in such a way that in the de-energized state (cf. Fig. 1a left assembly) the permanent magnet means 4 adhere to the core area 2 and thus a stable first retracted setting position A of the anchor unit 3 can be provided.
  • the guide element 6 has a preferably planar inner side 6b, which is designed to interact with the permanent magnet means 4 in an extended second setting position B, such that in the de-energized state (cf. Fig. 1b, left-hand assembly) the
  • Permanent magnet means 4 preferably adhere to the guide element 6 and thus a currentlessly stable second setting position can be provided.
  • a return of the plunger 5 and thus the armature unit 3 from the second extended set position B to the first retracted set position A can take place in a manner known per se by mechanical return or pushing the plunger back by means of a flute change in a contact groove guide or the respective groove base .
  • the second set position B can also be provided by a preferably continuous energization of the coil means and thus by applying a preferably continuous repulsive force to the armature unit.
  • the plunger 5 can optionally also be returned by a return spring means or by means of its support.
  • Anti-adhesive means known per se can be provided between the permanent magnet means 4 and the core area 2 in order to maintain a predefined distance.
  • the permanent magnet means 4 preferably comprise at least one permanent magnet disk 4a, for example made of neodymium-iron-boron, which can be arranged centrally between two magnetically conductive disks 4b, 4c, for example made of iron.
  • the permanent magnet disk 4a and the adjacent disks 4b, 4c can be connected to one another by means of a thin adhesive film and / or be surrounded by a ring (not shown), preferably made of plastic. This can serve to prevent material from flaking off from the permanent magnet disk 4a.
  • the permanent magnet disk 4a and the adjacent disks 4b, 4c can also be connected with alternative connecting means in a force-fitting or form-fitting manner, for example by means of welding, caulking, etc.
  • the device has holding means 7 which conduct magnetic fluxes in a permanent manner. These are preferably arranged at a predefined axial distance d from the core area. This is preferably between 1 and 7 mm, more preferably between 3.5 and 6 mm.
  • the holding means 7 can also be arranged axially spaced apart from the guide element 6 arranged opposite to the core area by means of a distance d1.
  • the distance d1 is preferably between 1 and 7 mm, more preferably between 3.5 and 6 mm.
  • the holding means 7 are arranged centrally, i.e. at half the axial distance between the core area 2 and the guide element 6.
  • the outer peripheral surface of the permanent magnet means and an inner peripheral surface of the holding means is preferably between 0.2 and 1.4 mm, more preferably between 0.3 and 0.8 mm.
  • An extension or height h1 of the holding means 7 along the longitudinal axis of movement L is preferably essentially the same as or greater than the extension or height h2 of the permanent magnet means 4 in the direction of the longitudinal axis of movement L.
  • the holding means 7 can also have a smaller extension or height. Have height h1 as the holding means 7.
  • the holding means 7 are designed to interact with the permanent magnet means 4 of the armature unit 3 in a third setting position C (cf. FIGS. 1a and 1b, right-hand assembly) such that the armature unit 3 in the third setting position C between the first and second setting positions A. , B can be held and / or can exert a predefined force potential in the direction of a contacted actuating partner, as will be described in more detail below.
  • the holding means 7 have an essentially cylindrical holding element, which has a preferably homogeneous cross section.
  • a relatively short pulse-shaped current is applied to the coil means 1, as a result of which the permanent magnet means 4 are detached or repelled from the core area 2.
  • the armature unit 3 is initially at least partially supported or accelerated by a magnetic force of attraction that develops between the permanent magnet means 4 and the holding means 7. This takes place in particular via a predefined stroke section H1 (cf. associated force-displacement characteristic 40 in FIG. 3).
  • a subsequent stroke section H2 then dampens or slows down the movement of the armature unit 3, in particular through radially occurring magnetic transverse forces, through which the armature unit 3 comes to a standstill with a low initial drive by means of the comparatively short pulse-like current supply and in the intermediate position C by means of the Cooperation of permanent magnet means 4 and holding means 7 can be held.
  • the armature unit 3 is held at a stroke of approximately 3.3 mm (cf. zero crossing in FIG. 3).
  • the coil means 1 are subjected to a relatively longer pulse-shaped current, whereby the permanent magnet means 4 and thus the armature unit 3 experience a comparatively higher repulsion force or a higher initial drive.
  • the armature unit 3 experiences an additional magnetic force of attraction through the interaction of the permanent magnet means 4 and the guide element 6 (cf. lifting section H4 in FIG. 3).
  • FIG. 2 shows a preferred embodiment of the system according to the invention consisting of the actuating device 10 and an associated actuating partner 11, in particular a camshaft.
  • the adjusting device 10 can be inserted into or connected to a positioning device 20.
  • the actuating partner 11 has at least one guide groove 11a, for example an S-groove known per se, and one that is located radially higher on the actuating partner 11 relative thereto, ie at a shorter distance from the Adjusting device 10 as the first groove 11a arranged or extending, second guide groove 11b, preferably an X-groove known per se.
  • the free end section 5a of the plunger 5 is in contact with a respective groove bottom of the groove 11a, 11b.
  • the left assembly shows the second extended position B of the armature unit 3 and the right assembly shows the third intermediate position C of the armature unit 3.
  • the adjusting device can be used for adjusting processes with different groove heights or partially overlapping slide tracks of an actuating partner.
  • 4 shows a further preferred embodiment of the adjusting device 10 according to the present invention in different adjusting positions and in each case in engagement with a guide groove of an adjusting partner.
  • the holders have an alternative cross-sectional shape.
  • the holding means 7 are formed by an essentially cylindrical flow-guiding element with a constant outer diameter and a variable inner contour.
  • the inner contour has an inner diameter that decreases in the direction of movement towards the second setting position B.
  • the fold element 7 has a preferably homogeneous cross-section in the form of half a truncated cone in relation to the circumference. The folding element 7 rests on the guide element 6 or is arranged directly adjacent to the guide element 6.
  • This embodiment of the holding means 7 enable an interaction with the permanent magnet means 4 of the armature unit 3 in such a way that the armature unit 3 has a predefined flow section H3 (cf. Characteristic curve 41 in FIG. 5) exerts a preferably essentially homogeneous force potential in the direction of the actuating partner 11 between the first and second actuating positions.
  • the holding means are designed in such a way that, in addition to a radial magnetic transverse force, an axial force acting in the direction of the actuating partner 11 acts or can be exerted on the actuating partner.
  • the third intermediate set position C (right assembly in FIG. 4) lies in the predefined stroke section H3 and can be defined, for example, by engaging or resting the plunger 5 on a groove base of the groove 11b.
  • the force potential exerted on the actuating partner 11 is preferably in the range from 1 to 5N, more preferably in the range from 1.5 to 3N.
  • the predefined stroke section H3 preferably comprises a stroke of the armature unit 3 along the longitudinal axis L of movement of 0.5 to 2.5 mm, more preferably of 1 to 2 mm.
  • FIG. 5 shows a force-displacement characteristic curve 41 associated with the embodiment of FIG. 4 for the de-energized state.
  • FIG. 6 shows a force-displacement characteristic 42 associated with the embodiment of FIG. 4 for the energized state.
  • the adjusting device 10 is preferably designed in such a way that a relatively constant force potential over the stroke results in an initial stroke section H5.
  • the force potential preferably remains in a range from 0.5 to 2.5 mm stroke within a maximum deviation of 0.5 to 4N, more preferably from 1 to 3.5N. This provides a relatively constant force potential when the tappet is extended, particularly when wear occurs, in which, for example, due to abrasion on the tappet, the curve is shifted to the left in FIG. 6.
  • FIG. 7 shows schematically several alternative cross-sectional shapes 8a to 8f for the holding means 7.
  • the holding means 7 can have further cross-sectional shapes in addition to the cylindrical or annular cross-sectional shape 8 already described above and a frustoconical cross-sectional shape with an inner diameter 8b that decreases in the extension direction, such as For example, a cross-sectional shape with an inner diameter 8a that increases in the direction of extension.
  • the holding means 7 can also have a cross-sectional shape 8c, 8d with an essentially triangular notch.
  • the holding means 7 can have a cross-sectional shape with an essentially rectangular notch 8f. This can vary in shape and depth or even extend completely through the holding means 7 (see FIG. 8e).
  • the holding element 7 shows a particularly preferred embodiment of the holding element 7 as a cylindrically bent or rolled sheet metal part with a preferably constant wall thickness.
  • the bleaching part 9 is bent from an originally rectangular sheet 9 '(FIG. 8a) into the desired cylindrical shape 9 (FIG. 8b).
  • the holding element 7 obtained in this way can have a circumferential opening 9a due to the manufacturing process and, when inserted in the device 10, surrounds the permanent magnet means 4 by a circumference of preferably at least 330 °, more preferably at least 350 °, most preferably at least 355 ° .
  • 9a, 9b show an alternative embodiment of the holding element 7 as a cylindrically bent or rolled sheet metal part 12 with varying Cross-sectional shape based on its circumference.
  • the sheet metal part 12 preferably has at least two, preferably several, preferably similar cutouts 12a or notches distributed around its circumference on one side.
  • these preferably have an essentially triangular shape.
  • this results in elongated, curved crowns or projections 12c protruding from a cylindrical base body 12b.
  • the holding element 7 can have a peripheral opening or axially extending slot 12d
  • FIGS. 9a, 9b shows an embodiment of the holding element 7 that is alternative to FIGS. 9a, 9b, in which the cutouts or notches 12a have a different, in particular trapezoidal shape. This results in corresponding trapezoidal projections 12c.

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Abstract

The invention relates to an electromagnetic actuator (10) having stationary energizable coil means (1) with a paired stationary core region (2) and having an armature unit (3), which can be moved relative to the coil means (1) and the core region (2) and which comprises permanent magnet means (4) and a tappet (5) that is preferably arranged at one end and has a free end section (5a) for engaging into an actuating partner, in particular a guide groove (11a, 11b) of a camshaft (11), wherein the armature unit can be moved along a longitudinal movement axis (L) into at least two actuation positions (A, B), in particular a first retracted actuation position (A) and a second extended actuation position (B), and the actuator (10) has holding means (7) which conduct the flux of a permanent magnet and are arranged at a distance from the core region and which are designed to interact with the permanent magnet means (4) of the armature unit (3) in a third actuation position (C) between the first and second actuation position (A, B) such that the armature unit is held in a third actuation position (C) between the first and second actuation position (A, B) and/or a specified force potential is exerted in the direction of the actuating partner.

Description

Elektromagnetische Stellvorrichtung mit Zwischenposition Electromagnetic actuator with intermediate position
Die vorliegende Erfindung betrifft eine elektromagnetische Stellvorrichtung. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung eine elektromagnetische Stellvorrichtung für Bereitstellung einer Zwischenposition neben einer eingefahrenen und ausgefahrenen Stellposition. The present invention relates to an electromagnetic actuator. In particular, the present invention relates to an electromagnetic actuating device for providing an intermediate position in addition to a retracted and extended actuating position.
Elektromagnetische Stellvorrichtungen als Aktuatoren für verschiedenste Stellaufgaben im Kraftfahrzeugbereich sind aus dem Stand der Technik hinreichend bekannt. Wie beispielsweise in DE 20 114 466 U1 gezeigt, weisen diese im Allgemeinen bestrombare stationäre Spulenmittel, zu diesen axial bewegbar gelagerte Ankermittel verbunden mit einem Stößel auf, welcher als Reaktion auf eine Bestromung der Spulenmittel entlang der Stößelrichtung antreibbar und aus dem Aktuatorgehäuse herausbewegbar ist. Electromagnetic actuating devices as actuators for a wide variety of actuating tasks in the motor vehicle sector are sufficiently known from the prior art. As shown, for example, in DE 20 114 466 U1, these generally energizable stationary coil means, armature means mounted axially movable relative to them, connected to a plunger, which can be driven along the plunger direction and moved out of the actuator housing as a reaction to energization of the coil means.
Derartige Aktuatoren finden Verwendung insbesondere bei der Nockenwellenverstellung eines Verbrennungsmotors, wobei der Stößel des Aktuators mit einer Schaltkulisse eines Schiebenockens selektiv in Eingriff bringbar ist. Zur Erreichung kürzerer Schaltzeiten bei gleichzeitiger Möglichkeit zur wirtschaftlichen Serienproduktion hat es sich dabei als vorteilhaft erwiesen, derartige Aktuatoren ankerseitig mit Permanentmagneten zu versehen, welche abstoßend mit den bestromten Spulenmittel Zusammenwirken. Ebenfalls bekannt ist die Bereitstellung von Federmittel im Aktuator, welche ein Abstoßen des Ankers von den bestromten Spulenmittel bzw. von der damit verbundenen Kerneinheit unterstützen. Die Federmittel ermöglichen zudem eine bistabile Ausführung des Aktors ohne weitere Energiezufuhr der Spulenmittel, wobei die Ankereinheit bzw. ein damit verbundener Stößel im ausgefahrenen Zustand bleibt, sobald die Federkraft stärker ist als eine zwischen Anker und Kerneinheit wirkende Anziehungs- bzw. Rückhaltekraft desSuch actuators are used in particular for adjusting the camshaft of an internal combustion engine, the tappet of the actuator being selectively engageable with a shift gate of a sliding cam. In order to achieve shorter switching times with the simultaneous possibility of economical series production, it has proven advantageous to provide such actuators with permanent magnets on the armature side, which interact in a repulsive manner with the energized coil means. Also known is the provision of spring means in the actuator, which support the repulsion of the armature from the energized coil means or from the core unit connected to it. The spring means also enable a bistable design of the actuator without further energy supply to the coil means, the armature unit or a plunger connected to it remaining in the extended state as soon as the spring force is stronger than that between armature and Core unit acting attraction or retention force of the
Permanentmagneten. Permanent magnets.
Ebenfalls bekannt sind bereits Aktuatoren, welche neben einer eingefahrenen und ausgefahrenen Position des Stößels eine dazwischenliegende dritte Stellposition bereitstellen. Diese finden insbesondere für Anwendungen Verwendung, bei welchen der Stößel selektiv in zwei in unterschiedlicher Entfernung zum Aktuatorkörper angeordnete Nuten oder Schaltkulissen eingreifen soll. So offenbart beispielsweise die EP 2474009 B1 einen Aktuator mit einem Kernbereich, welcher an beiden Enden permanentmagnetische flussleitende Scheiben aufweist, welche mit beidends der Ankereinheit angeordneten Permanentmagnetmittel zusammenwirkt und wobei in der dritten Stellposition durch einander entgegengesetzte Anziehungskräfte keine dieser Permanentmagnetmittel am Kernbereich haftet. Also known are actuators which, in addition to a retracted and extended position of the plunger, provide a third adjustment position in between. These are used, in particular, for applications in which the tappet is intended to selectively engage in two grooves or shifting gates arranged at different distances from the actuator body. For example, EP 2474009 B1 discloses an actuator with a core area, which has permanent magnetic flux-conducting discs at both ends, which interact with permanent magnet means arranged at both ends of the armature unit and wherein in the third setting position none of these permanent magnet means adheres to the core area due to opposing forces of attraction.
Nachteilig an diesem bekannten Stand der Technik ist die komplexe Bauteilanordnung, die damit einhergehenden höheren Fertigungskosten sowie der vergleichsweise hohe Platzbedarf der Stellvorrichtung bzw. des Aktuators. The disadvantage of this known prior art is the complex component arrangement, the associated higher production costs and the comparatively high space requirement of the adjusting device or actuator.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die vorgenannten Nachteile des Standes der Technik zu überwinden oder zumindest deutlich abzuschwächen. Insbesondere soll eine verbesserte elektromagnetische Stellvorrichtung bereitgestellt werden, mit welcher neben einer ersten und zweiten Stellposition eine dritte Stellposition, vorzugsweise selektiv angefahren bzw. bereitgestellt werden kann. Gleichzeitig soll ein zusätzlicher konstruktiver Aufwand bei der Realisierung einer derartigen Stellvorrichtung und insbesondere ein erhöhter Bauraum oder Platzbedarf für die Vorrichtung minimiert bzw. vermieden werden. Diese Aufgabe wird durch den Gegenstand der unabhängigen Ansprüche gelöst. Die Unteransprüche stellen vorteilhafte Weiterbildungen der vorliegenden Erfindung dar. The present invention is based on the object of overcoming or at least significantly reducing the aforementioned disadvantages of the prior art. In particular, an improved electromagnetic actuating device is to be provided with which, in addition to a first and second actuating position, a third actuating position can be approached or provided, preferably selectively. At the same time, an additional structural effort in the implementation of such an adjusting device and in particular an increased installation space or space requirement for the device is to be minimized or avoided. This problem is solved by the subject matter of the independent claims. The Subclaims represent advantageous developments of the present invention.
In einem ersten Aspekt betrifft die Erfindung eine elektromagnetische Stellvorrichtung aufweisend bestrombare stationäre Spulenmittel mit einem diesen zugeordneten stationären Kernbereich, eine zu den Spulenmitteln und Kernbereich relativ bewegbare Ankereinheit mit Permanentmagnetmittel und einem vorzugsweise einends angeordneten Stößel mit einem freien Endabschnitt zum Eingriff in einen Stellpartner, insbesondere eine Führungsnut einer Nockenwelle, wobei die Ankereinheit entlang einer Bewegungslängsachse in mindestens zwei Stellpositionen, insbesondere in eine erste eingefahrene Stellposition und eine zweite ausgefahrene Stellposition, bewegbar ist, und wobei die Stellvorrichtung zum Kernbereich beabstandete permanentmagnetisch flussleitende Haltemittel aufweist, welche zum Zusammenwirken mit denIn a first aspect, the invention relates to an electromagnetic actuating device comprising energizable stationary coil means with a stationary core area assigned to it, an armature unit with permanent magnet means that is movable relative to the coil means and core area and a plunger preferably arranged at one end with a free end section for engaging an actuating partner, in particular a Guide groove of a camshaft, wherein the armature unit can be moved along a longitudinal axis of movement in at least two setting positions, in particular in a first retracted setting position and a second extended setting position, and wherein the setting device has permanent magnetic flux-conducting holding means spaced apart from the core area, which for interaction with the
Permanentmagnetmitteln der Ankereinheit in einer dritten Stellposition zwischen der ersten und zweiten Stellposition ausgebildet sind, derart, dass die Ankereinheit in einer dritten Stellposition zwischen der ersten und zweiten Stellposition gehalten wird und/oder ein vordefiniertes Kraftpotenzial in Richtung auf den Stellpartner ausübt. Permanent magnet means of the armature unit are formed in a third setting position between the first and second setting position, such that the armature unit is held in a third setting position between the first and second setting position and / or exerts a predefined force potential in the direction of the actuating partner.
Unter dem Begriff „in Richtung auf den Stellpartner“ wird hierbei insbesondere das Aufbringen eines Kraftpotenzials auf einen Stellpartner wie beispielsweise eine Führungsnut, insbesondere in Richtung auf eine Kontaktfläche wie beispielsweise einen Nutengrund der Führungsnut verstanden. Hierbei kann durch das bereitgestellte Kraftpotenzial bzw. die Anpresskraft der freie Endabschnitt des Stößels fest in der Führungsnut gehalten werden bzw. gegen den Nutengrund gedrückt werden. Das Kraftpotenzial wirkt dabei vorzugsweise koaxial oder parallel zur Bewegungslängsachse, vorzugsweise in eine Ausfahrrichtung des Stößels. Alternativ kann dem gleichen Wirkprinzip folgend ein Kraftpotenzial in Richtung auf eine andersförmige bzw. anders angeordnete Oberfläche bzw. Kontaktfläche eines der Stellvorrichtung zugeordneten Stellpartners in der dritten Stellposition bereitgestellt werden. Hierbei kann je nach Anordnung der Stellvorrichtung und des zugeordneten Stellpartners bzw. Ausbildung des freien Endabschnitts des Stößels das Kraftpotenzial auch in Rückführrichtung des Stößels entlang der Bewegungslängsachse vorliegen bzw. ausgeübt werden. Beispielsweise kann bei einer schwalbenschwanzförmigen Ausgestaltung des freien Endabschnitts, bei welcher dieser eine umfangsseitige Einkerbung aufweist, ein Kraftpotenzial zwischen einer Oberfläche der Einkerbung und einer dieser zugeordneten Oberfläche bzw. Kontaktfläche des Stellpartners wirken. The term “in the direction of the actuating partner” is understood here to mean, in particular, the application of a force potential to an actuating partner such as a guide groove, in particular in the direction of a contact surface such as a groove bottom of the guide groove. In this case, the free end section of the plunger can be held firmly in the guide groove or pressed against the groove base by the force potential provided or the pressing force. The force potential acts preferably coaxially or parallel to the longitudinal axis of movement, preferably in an extension direction of the plunger. Alternatively, following the same principle of action, a force potential in Direction of a differently shaped or differently arranged surface or contact surface of an actuating partner assigned to the actuating device are provided in the third actuating position. Here, depending on the arrangement of the actuating device and the associated actuating partner or the design of the free end section of the plunger, the force potential can also be present or exerted in the return direction of the plunger along the longitudinal axis of movement. For example, in the case of a dovetail-shaped configuration of the free end section, in which it has a circumferential notch, a force potential can act between a surface of the notch and a surface or contact surface of the actuating partner assigned to it.
Die Ankereinheit der Vorrichtung weist vorzugsweise lediglich einends angeordnete Permanentmagnetmittel auf. Die Permanentmagnetmittel umfassen vorzugsweise mehrere scheibenförmige Permanentmagnete, welche entlang der Bewegungslängsachse axial aneinander gereiht sein können. Die Permanentmagnetmittel weisen einen vorzugsweise konstanten Außendurchmesser auf. Axial beidends der Permanentmagnetmittel können zudem scheibenförmige Elemente aus magnetisch flussleitendem Material wie beispielsweise Eisen angeordnet sein. The armature unit of the device preferably has permanent magnet means arranged at only one end. The permanent magnet means preferably comprise a plurality of disk-shaped permanent magnets, which can be axially strung together along the longitudinal axis of movement. The permanent magnet means preferably have a constant outer diameter. In addition, disc-shaped elements made of magnetically flux-conducting material such as iron, for example, can be arranged axially at both ends of the permanent magnet means.
Die Ankereinheit der Vorrichtung weist vorzugsweise einen einends angeordneten Stößel mit einem freien Endabschnitt auf. Mit anderen Worten weist die Ankereinheit lediglich einen Stößel auf, welcher sich ausgehend von den vorzugsweise einends angeordneten Permanentmagnetmitteln entlang der Bewegungslängsachse axial zu einem gegenüberliegenden Ende der Ankereinheit erstreckt. The anchor unit of the device preferably has a plunger arranged at one end with a free end section. In other words, the armature unit has only one plunger which, starting from the permanent magnet means preferably arranged at one end, extends axially along the longitudinal axis of movement to an opposite end of the armature unit.
Der Stößel der Ankereinheit ist vorzugsweise konzentrisch mit den Permanentmagnetmittel ausgebildet. Der Stößel erstreckt sich vorzugsweise von einem Ende der Permanentmagnetmittel hin in Richtung eines Stellpartners und kann mit den Permanentmagnetmittel beispielsweise integral oder als daran magnetisch anhaftendes separates Bauteil ausgebildet sein. Der Stößel weißt vorzugsweise einen konstanten Außendurchmesser auf. The plunger of the armature unit is preferably designed concentrically with the permanent magnet means. The plunger extends preferably from one end of the permanent magnet means in the direction of an actuating partner and can for example be formed integrally with the permanent magnet means or as a separate component magnetically adhering thereto. The plunger preferably has a constant outer diameter.
Die Vorrichtung umfasst vorzugsweise lediglich eine Spuleneinheit bzw. Spulenmittel, welche dem jeweiligen einen stationären Kernbereich zugeordnet ist bzw. sind. Die lediglich eine Spuleneinheit ist vorzugsweise an einem dem freien Endabschnitt des Stößels gegenüberliegenden Ende der Vorrichtung angeordnet. Die Spulenmittel bzw. die Spuleneinheit ist vorzugsweise mit Steuerungsmittel verbunden, welche mit der Stellvorrichtung selektiv verbindbar sind oder integral mit der Stellvorrichtung ausgebildet sein können. Die Steuerungsmittel sind vorzugsweise dazu ausgebildet selektiv eine vordefinierte Bestromung der Spulenmittel, insbesondere eine impulsförmige Strombeaufschlagung vorzugsweise mit variabler Länge bereitzustellen. Die Spulenmittel weisen vorzugsweise nur eine Spulenwicklung auf. Dies bedeutet, dass zusätzlich zur bereitgestellten Spulenwicklung keine weitere Wicklung, insbesondere keine weitere Spulenwicklung mit abweichender Ausrichtung bereitgestellt wird. Hierdurch kann der Platzbedarf und das Gewicht der elektromagnetischen Stellvorrichtung minimiert werden. The device preferably comprises only one coil unit or coil means which is or are assigned to the respective one stationary core area. The only one coil unit is preferably arranged at an end of the device opposite the free end section of the plunger. The coil means or the coil unit is preferably connected to control means which can be selectively connected to the actuating device or can be formed integrally with the actuating device. The control means are preferably designed to selectively provide a predefined current supply to the coil means, in particular a pulsed current application, preferably with a variable length. The coil means preferably have only one coil winding. This means that in addition to the coil winding provided, no further winding, in particular no further coil winding with a different orientation, is made available. As a result, the space requirement and the weight of the electromagnetic actuating device can be minimized.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist die Ankereinheit zum Zusammenwirken mit den Spulenmittel und dem Kernbereich derart ausgebildet, dass als Reaktion auf eine selektive Bestromung der Spulenmittel, die Ankereinheit aus der ersten in die zweite oder dritte Stellposition, insbesondere durch Wahl einer entsprechenden Dauer der Bestromung bewegt wird. Beispielsweise kann eine Bestromung zwischen 10 bis 100ms erfolgen. Für das Verbringen der Ankereinheit in die dritte zwischenliegende Stellposition kann beispielsweise ein kurzer Stromimpuls von 5 bis 25ms, mehr bevorzugt von 10 bis 20ms angelegt werden. Für das Verbringen der Ankereinheit in die zweite, ausgefahrene Stellposition kann ein relativ längerer Stromimpuls von beispielsweise 20 bis 100ms, mehr bevorzugt von 25 bis 75ms angelegt werden. In a preferred embodiment, the armature unit is designed to interact with the coil means and the core area in such a way that, in response to a selective energization of the coil means, the armature unit is moved from the first to the second or third setting position, in particular by selecting a corresponding duration of the energization . For example, current can be supplied between 10 and 100 ms. A short current pulse, for example, can be used to move the armature unit to the third, intermediate setting position from 5 to 25 ms, more preferably from 10 to 20 ms. To move the armature unit into the second, extended setting position, a relatively longer current pulse of, for example, 20 to 100 ms, more preferably 25 to 75 ms, can be applied.
Bei der impulsförmigen Strombeaufschlagung der Spulenmittel wird dabei jeweils in an sich bekannterWeise ein zu den Permanentmagnetmitteln der Ankereinheit gleichpoliges Magnetfeld erzeugt bzw. bildet sich aus, welches dem Feld der am Kernbereich ansonsten anhaftenden Permanentmagnetmittel entgegenwirkt und somit zu einem Abstoßen der Permanentmagnetmittel von dem Kernbereich und den Spulenmitteln führt.In the case of the pulsed current application to the coil means, a magnetic field homopolar to the permanent magnet means of the armature unit is generated or formed in a manner known per se, which counteracts the field of the permanent magnet means otherwise adhering to the core area and thus repels the permanent magnet means from the core area and the Coil means leads.
Bei Erreichen bzw. nach Einnahme der jeweiligen Stellposition durch die Ankereinheit, beispielsweise aufgrund von Kontakt des Stößels bzw. des freien Endabschnitts des Stößels mit einem entsprechend beabstandeten Nutengrund eines Stellpartners, wird die Bestromung vorzugsweise in jedem Fall gestoppt. When the armature unit reaches or takes up the respective set position, for example due to contact of the plunger or the free end section of the plunger with a correspondingly spaced groove base of an actuating partner, the current supply is preferably stopped in each case.
In einer bevorzugten Ausführungsform wird in einem unbestromten Zustand der Spulenmittel die dritte zwischenliegende Stellposition durch ein Zusammenwirken der Permanentmagnetmittel mit den Haltemitteln stromlos stabil gehalten. In der ersten eingefahrenen Stellposition wird die Ankereinheit vorzugsweise im unbestromten Zustand der Spulenmittel durch ein Zusammenwirken der Permanentmagnetmittel mit dem Kernbereich stromlos stabil gehalten. Die zweite ausgefahrene Stellposition wird vorzugsweise durch ein Zusammenwirken der Permanentmagnetmittel mit einem Führungselement der Vorrichtung stromlos stabil gehalten, welches gegenüberliegend zum Kernbereich in der Vorrichtung angeordnet ist und vorzugsweise aus magnetisch flussleitendem Material besteht. Das Führungselement dient vorzugsweise der Führung des Stößels und/oder der Ankereinheit. Beispielsweise kann die Ankereinheit auch im Kernbereich geführt bzw. gelagert sein und die Stößel-Lagerung mittels des Führungselements erfolgen. In a preferred embodiment, in a de-energized state of the coil means, the third intermediate setting position is kept stable in a currentless manner by the interaction of the permanent magnet means with the holding means. In the first retracted setting position, the armature unit is preferably kept stable in the de-energized state of the coil means by an interaction of the permanent magnet means with the core area. The second extended set position is preferably kept stable in a currentless manner by the interaction of the permanent magnet means with a guide element of the device, which is arranged opposite to the core area in the device and preferably consists of magnetically flux-conducting material. The guide element is preferably used to guide the plunger and / or the anchor unit. For example, the anchor unit can also be used in the Core area be guided or stored and the tappet storage by means of the guide element.
Die vorliegende Erfindung ermöglicht hierbei durch das magnetische Zusammenwirken der Haltemittel und Permanentmagnetmittel die Bereitstellung einer dritten Stellposition der Stellvorrichtung in einer konstruktiv einfachen und kostengünstigen Weise. Insbesondere kann hierbei im Gegensatz zu anderswirkenden Dämpfungsmitteln wie beispielsweise mittels strukturviskosem Fluid oder einer Querkraftbeaufschlagung auf die Ankereinheit, beispielsweise mittels Kugelverrastung, eine effektive und gleichzeitig verschleiß- und wartungsarme Ausbildung der Stellvorrichtung bereitgestellt werden. The present invention makes it possible, through the magnetic interaction of the holding means and permanent magnet means, to provide a third setting position of the setting device in a structurally simple and cost-effective manner. In particular, in contrast to damping means that act differently, for example by means of structurally viscous fluid or by applying transverse force to the armature unit, for example by means of ball locking, an effective and at the same time low-wear and low-maintenance design of the actuating device can be provided.
Die Haltemittel sind vorzugsweise entlang eines Bewegungsabschnittes der Permanentmagnetmittel entlang der Bewegungslängsachse zwischen der ersten eingefahrenen und zweiten ausgefahrenen Stellposition und vorzugsweise koaxial zu den Permanentmagnetmitteln angeordnet. Die Haltemittel sind vorzugsweise durch ein separates Bauteil gebildet, welches im Gehäuse der Vorrichtung an vordefinierter Stelle, beispielsweise mittels entsprechender Lagermittel gehalten wird. Die Haltemittel können alternativ auch integral mit dem Gehäuse der Vorrichtung ausgebildet sein. The holding means are preferably arranged along a movement section of the permanent magnet means along the longitudinal axis of movement between the first retracted and second extended setting position and preferably coaxially to the permanent magnet means. The holding means are preferably formed by a separate component which is held in the housing of the device at a predefined location, for example by means of corresponding bearing means. The holding means can alternatively also be formed integrally with the housing of the device.
In einer bevorzugten Ausführungsform sind die Haltemittel zum Zusammenwirken mit den Permanentmagnetmitteln derart ausgebildet, dass eine Bewegung der Ankereinheit entlang der Bewegungslängsachse von der ersten eingefahrenen Stellposition hin zur zweiten ausgefahrenen Stellposition beim Annähern an oder Durchfahren der dritten Stellposition gedämpft bzw. abgeschwächt und/oder gestoppt wird. Vorzugsweise treten hierbei insbesondere in einem vordefinierten Hubabschnitt H2 der Ankereinheit radiale magnetische Querkräfte auf, welche die Bewegung der Permanentmagnetmittel und somit der Ankereinheit wenigstens dämpfen bzw. abschwächen und/oder stoppen. Bevorzugt erfolgen die Dämpfung bzw. das Abschwächen und/oder das Stoppen in einem stromlosen Zustand der Spulenmittel, d.h. in welchem eine anfängliche Strombeaufschlagung der Spulenmittel zum Ausfahren des nicht mehr vorliegt. Im bestromten Zustand der Spulenmittel erfolgt vorzugsweise ein im Wesentlichen widerstandsloses Durchfahren der dritten Stellposition mit der Ankereinheit. In a preferred embodiment, the holding means for interacting with the permanent magnet means are designed in such a way that a movement of the armature unit along the longitudinal axis of movement from the first retracted setting position to the second extended setting position is dampened or weakened and / or stopped when approaching or passing through the third setting position . In this case, radial magnetic transverse forces preferably occur, in particular in a predefined stroke section H2 of the armature unit, which at least dampen the movement of the permanent magnet means and thus of the armature unit or weaken and / or stop. The damping or weakening and / or stopping preferably take place in a currentless state of the coil means, that is to say in which there is no longer an initial application of current to the coil means for extending the. In the energized state of the coil means, the armature unit travels through the third actuating position with essentially no resistance.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform sind die Haltemittel zum Zusammenwirken mit den Permanentmagnetmitteln der Ankereinheit derart ausgebildet, dass die Ankereinheit über einen vordefinierten Hubabschnitt H3 zwischen der ersten und zweiten Stellposition ein vorzugsweise im Wesentlichen homogenes Kraftpotenzial in Richtung auf den Stellpartner ausübt. Insbesondere sind in dieser Ausführungsform die Haltemittel derart ausgebildet, dass neben einer radialen magnetischen Querkraft eine in Richtung auf den Stellpartner wirkende Axialkraft wirkt bzw. auf den Stellpartner ausgeübt werden kann. In a further preferred embodiment, the holding means are designed to interact with the permanent magnet means of the armature unit in such a way that the armature unit exerts a preferably essentially homogeneous force potential in the direction of the actuating partner via a predefined stroke section H3 between the first and second actuating positions. In particular, in this embodiment the holding means are designed in such a way that, in addition to a radial magnetic transverse force, an axial force acting in the direction of the actuating partner acts or can be exerted on the actuating partner.
Die dritte zwischenliegende Stellposition liegt dabei im vordefinierten Hubabschnitt H3 und kann beispielsweise durch Eingriff des Stößels in einen Nutengrund eines Stellpartners definiert werden. Insbesondere kann hierbei eine Bestromung der Spulenmittel derart erfolgen, dass die zwischenliegende dritte Stellposition der Ankereinheit erreicht wird, wobei der Hub der Ankereinheit durch Kontakt mit beispielsweise einem Nutengrund des Stellpartners begrenzt wird. In dieser dritten, zwischenliegenden und vorzugsweise stromlos stabilen Stellposition wird dann ein vorzugsweise vordefiniertes Kraftpotenzial auf den Stellpartner ausgeübt. Dadurch kann ein Lösen des Stößels vom Stellpartner vermieden und somit ein sicheres Halten der dritten Stellposition effektiv gewährleistet werden. Zudem ermöglicht der vordefinierte Hubabschnitt mit vorzugsweise im Wesentlichen homogenem Kraftpotenzial die Bereitstellung eines Toleranzausgleichs für den Einbau der Vorrichtung in Stellbaugruppen. The third intermediate setting position lies in the predefined stroke section H3 and can be defined, for example, by engaging the plunger in a groove base of a setting partner. In particular, the coil means can be energized in such a way that the intermediate third setting position of the armature unit is reached, the stroke of the armature unit being limited by contact with, for example, a groove base of the setting partner. In this third, intermediate and preferably currentlessly stable setting position, a preferably predefined force potential is then exerted on the setting partner. This can prevent the plunger from loosening from the actuating partner and thus effectively ensure that the third actuating position is held securely. In addition, the predefined stroke section enables with preferably essentially homogeneous force potential, the provision of tolerance compensation for the installation of the device in control assemblies.
Unter dem Begriff „im Wesentlichen homogen“ wird vorliegend insbesondere verstanden, dass das Kraftpotenzial über den vordefinierten Hubabschnitt eine Varianz bzw. Abweichung von weniger als 1 ,5N, vorzugsweise von weniger als 1 N weiter bevorzugt von weniger als 0,5N und am bevorzugtesten von weniger als 0,3N aufweist. The term “essentially homogeneous” is understood here in particular to mean that the force potential over the predefined stroke section has a variance or deviation of less than 1.5N, preferably less than 1N, more preferably less than 0.5N and most preferably of less than 0.3N.
Das auf den Stellpartner ausgeübte Kraftpotenzial liegt vorzugsweise im Bereich von 0,1 bis 5N, mehr bevorzugt im Bereich von 1 ,5 bis 3N. The force potential exerted on the actuating partner is preferably in the range from 0.1 to 5N, more preferably in the range from 1.5 to 3N.
Der vordefinierte Hubabschnitt H3 mit vorzugsweise im Wesentlichen homogenen Kraftpotenzial umfasst vorzugsweise einen Hub der Ankereinheit und somit des Stößels entlang der Bewegungslängsachse von 0,5 bis 2,5mm, mehr bevorzugt von 1 bis 2mm. The predefined stroke section H3 with preferably essentially homogeneous force potential preferably comprises a stroke of the armature unit and thus of the plunger along the longitudinal axis of movement of 0.5 to 2.5 mm, more preferably 1 to 2 mm.
In einer bevorzugten Ausführungsform umfassen die Haltemittel ein im Wesentlichen zylindrisches flussleitendes Element mit vorzugsweise konstantem Innen- und Außendurchmesser oder sind durch dieses gebildet. Die Haltemittel sind vorzugsweise derart in der Vorrichtung angeordnet, dass diese die Permanentmagnetmittel in der dritten Stellposition der Ankereinheit vorzugsweise umgeben. Das Halteelement kann als zylinderförmiges Drehteil ausgebildet sein. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist das Halteelement als zylinderförmig gebogenes bzw. gerolltes Blechteil mit vorzugsweise konstanter Wandstärke ausgebildet. Das Bleichteil ist dabei aus einem ursprünglich rechteckigen Blech in die gewünschte Form gebogen. Das Halteelement umgibt hierbei vorzugsweise die Permanentmagnetmittel um einen Umfang von wenigstens 330°, mehr bevorzugt von wenigstens 350°, am bevorzugtesten von wenigstens 355°. Besonders bevorzugt sind die Haltemittel um den gesamten Umfang der Permanentmagnetmittel, d.h. um einen Umfang von 360° geschlossen angeordnet. In a preferred embodiment, the holding means comprise an essentially cylindrical flow-guiding element with a preferably constant inner and outer diameter or are formed by this. The holding means are preferably arranged in the device in such a way that they preferably surround the permanent magnet means in the third setting position of the armature unit. The holding element can be designed as a cylindrical rotating part. In a particularly preferred embodiment, the holding element is designed as a cylindrically bent or rolled sheet metal part with a preferably constant wall thickness. The bleached part is bent into the desired shape from an originally rectangular sheet. The holding element here preferably surrounds the permanent magnet means around a circumference of at least 330 °, more preferably of at least 350 °, most preferably of at least 355 °. They are particularly preferred Holding means around the entire circumference of the permanent magnet means, ie arranged closed around a circumference of 360 °.
In einer alternativen Ausführungsform umfassen die Haltemittel ein im Wesentlichen zylindrisches flussleitendes Element mit konstantem Außendurchmesser und variabler Innenkontur. Die Innenkontur kann beispielsweise eine strukturierte Oberfläche aufweisen. In einer bevorzugten Ausführungsform weist die Innenkontur einen sich in Bewegungsrichtung zur zweiten Stellposition verringernden Innendurchmesser auf. Das Element weist dabei einen bezogen auf den Umfang vorzugsweise homogenen Querschnitt in Form einer halben Kegelstumpfform auf. Auch diese Form des Halteelements kann als Drehteil ausgebildet sein. Alternativ kann das Halteelement in Form eines gebogenen bzw. gerollten Blechteils mit variierendem Querschnitt bezogen auf dessen Umfang ausgebildet sein. Insbesondere kann das Blechteil vorzugsweise einseitig wenigstens zwei, vorzugsweise mehrere um dessen Umfang verteilte vorzugsweise gleichartige Ausschnitte bzw. Einkerbungen aufweisen. Diese weisen im ausgerollten Zustand des Blechteils vorzugsweise eine im Wesentlichen dreieckförmige Form auf. Alternativ können die Ausschnitte oder Einkerbungen auch eine andere geometrische Formgebung aufweisen, insbesondere eine trapezförmige Form. Auf diese Weise kann eine sehr einfach herzustellende und gleichzeitig kostengünstige Lösung für die Haltemittel bereitgestellt werden. Die Haltemittel weisen vorzugsweise eine Höhe bzw. Erstreckung entlang der Bewegungslängsachse auf, welche im Wesentlichen gleich oder größer als die Höhe bzw. Erstreckung der Permanentmagnetmittel in Richtung der Bewegungslängsachse ist. In einer alternativen Ausgestaltungsform können die Haltemittel auch eine kleinere Höhe bzw. Erstreckung als die Haltemittel aufweisen. Hierdurch kann der magnetische Einflussbereich der Haltemittel entlang der Bewegungslängsachse verkürzt werden. Die Höhe bzw. Erstreckung der Haltemittel liegt dabei vorzugsweise zwischen 6 bis 14 mm, mehr bevorzugt zwischen 8 und 12mm. In an alternative embodiment, the holding means comprise an essentially cylindrical flow-guiding element with a constant outer diameter and a variable inner contour. The inner contour can, for example, have a structured surface. In a preferred embodiment, the inner contour has an inner diameter that decreases in the direction of movement towards the second setting position. The element has a preferably homogeneous cross-section in the form of half a truncated cone in relation to the circumference. This shape of the holding element can also be designed as a rotating part. Alternatively, the holding element can be designed in the form of a bent or rolled sheet metal part with a varying cross section based on its circumference. In particular, the sheet metal part can preferably have at least two, preferably several, preferably similar cutouts or notches distributed around its circumference on one side. In the rolled-out state of the sheet metal part, these preferably have an essentially triangular shape. Alternatively, the cutouts or notches can also have a different geometric shape, in particular a trapezoidal shape. In this way, a very simple to manufacture and at the same time inexpensive solution for the holding means can be provided. The holding means preferably have a height or extent along the longitudinal axis of movement which is essentially equal to or greater than the height or extent of the permanent magnet means in the direction of the longitudinal axis of movement. In an alternative embodiment, the holding means can also have a smaller height or extent than the holding means. As a result, the magnetic area of influence of the holding means can be shortened along the longitudinal axis of movement. The height or extension of the holding means is preferably between 6 and 14 mm, more preferably between 8 and 12 mm.
Ein radialer Abstand zwischen den Haltemitteln und den Permanentmagnetmitteln, insbesondere ein Abstand zwischen einer Außenumfangsfläche der Permanentmagnetmitteln und einerA radial distance between the holding means and the permanent magnet means, in particular a distance between an outer circumferential surface of the permanent magnet means and a
Innenumfangsfläche der Haltemittel liegt vorzugsweise zwischen 0,2 und 1 ,4mm, mehr bevorzugt zwischen 0,3 und 0,8mm. Ein axialer Abstand zwischen den Haltemitteln und dem Kernbereich entlang der Bewegungslängsachse liegt vorzugsweise bei zwischen 1 bis 7mm, mehr bevorzugt bei zwischen 3,5 und 6mm. The inner circumferential surface of the holding means is preferably between 0.2 and 1.4 mm, more preferably between 0.3 and 0.8 mm. An axial distance between the holding means and the core area along the longitudinal axis of movement is preferably between 1 and 7 mm, more preferably between 3.5 and 6 mm.
In einer bevorzugten Ausführungsform wirken die Haltemittel mit den Permanentmagnetmitteln derart zusammen, dass eine Bewegung der Ankereinheit entlang der Bewegungslängsachse aus der ersten eingefahrenen Stellposition hin zur dritten zwischenliegenden Stellposition wenigstens teilweise und vorzugsweise entlang eines vordefinierten Hubabschnitts H1 der Ankereinheit unterstützt und/oder beschleunigt wird. Dies resultiert insbesondere durch eine axiale Kraftkomponente einer magnetischen Anziehungskraft zwischen den Permanentmagnetmitteln und den Haltemitteln, welche bei Verlassen der ersten Stellposition auf die Permanentmagnetmittel wirkt. Hierdurch wird die Ankereinheit bei Verlassen der ersten Stellposition durch die Halteeinheit in Ihrer Bewegung unterstützt, wodurch eine Verkürzung der Ausfahrbewegung erreicht wird. In a preferred embodiment, the holding means interact with the permanent magnet means in such a way that a movement of the armature unit along the longitudinal axis of movement from the first retracted setting position to the third intermediate setting position is supported and / or accelerated at least partially and preferably along a predefined stroke section H1 of the armature unit. This results in particular from an axial force component of a magnetic attraction force between the permanent magnet means and the holding means, which acts on the permanent magnet means when leaving the first setting position. As a result, the movement of the anchor unit is supported by the holding unit when it leaves the first setting position, whereby the extension movement is shortened.
In einer bevorzugten Ausführungsform weist die Vorrichtung keine Kraftspeicher oder Federmittel, insbesondere zwischen der Ankereinheit und dem Kernbereich auf. Das Gehäuse der Vorrichtung ist vorzugsweise aus magnetisch flussleitendem Material geformt. In a preferred embodiment, the device has no energy accumulator or spring means, in particular between the anchor unit and the core area. The housing of the device is preferably formed from magnetically flux-conducting material.
Die Haltemittel sind im Gehäuse der Vorrichtung vorzugsweise beabstandet oder alternativ angrenzend an das Führungselement angeordnet. The holding means are preferably spaced apart in the housing of the device or, alternatively, are arranged adjacent to the guide element.
Die Haltemittel und/oder das Führungselement sind vorzugsweise aus weichmagnetischem Material wie beispielsweise Eisen geformt. In einem weiteren Aspekt betrifft die Erfindung ein System aufweisend eine elektromagnetischen Stellvorrichtung wie zuvor beschrieben und einen zugeordneten Stellpartner, insbesondere einen Schiebenocken, aufweisend wenigstens eine erste Führungsnut, vorzugsweise eine an sich bekannte S-Nut, und eine relativ dazu radial am Stellpartner höher liegende, d.h. in kürzerem Abstand zur Stellvorrichtung als die erste Nut angeordnete, zweite Führungsnut, vorzugsweise eine an sich bekannte X-Nut. The holding means and / or the guide element are preferably formed from soft magnetic material such as iron. In a further aspect, the invention relates to a system comprising an electromagnetic actuating device as described above and an associated actuating partner, in particular a sliding cam, having at least one first guide groove, preferably an S-groove known per se, and one that is radially higher on the actuating partner than that, that is, at a shorter distance from the adjusting device than the first groove, the second guide groove, preferably an X-groove known per se.
In einem weiteren Aspekt betrifft die Erfindung die Verwendung der elektromagnetischen Stellvorrichtung wie zuvor beschrieben zur Nockenwellenverstellung an einem Verbrennungsmotor einesIn a further aspect, the invention relates to the use of the electromagnetic actuating device as described above for adjusting the camshaft on an internal combustion engine
Kraftfahrzeugs. Motor vehicle.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele sowie anhand der Figuren. Diese zeigen in: Further advantages, features and details of the invention emerge from the following description of preferred exemplary embodiments and on the basis of the figures. These show in:
Fig. 1a und 1b jeweils einen schematischen Längsschnitt durch eine bevorzugte Ausführungsform einer elektromagnetischen Stellvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung in unterschiedlichen Stellpositionen; Fig. 2 eine seitliche schematische Schnittansicht der erfindungsgemäßen elektromagnetischen Stellvorrichtung jeweils im Eingriff mit einer Führungsnut einer Nockenwelle mit unterschiedlichen Stellpositionen; 1a and 1b each show a schematic longitudinal section through a preferred embodiment of an electromagnetic actuating device according to the present invention in different actuating positions; 2 shows a side schematic sectional view of the electromagnetic adjusting device according to the invention, each in engagement with a guide groove of a camshaft with different adjusting positions;
Fig. 3 eine zur Ausführungsform gemäß Fig. 1 und 2 zugehörige Kraft- Weg-Kennlinie in unbestromten Zustand der Spulenmittel; 3 shows a force-displacement characteristic curve associated with the embodiment according to FIGS. 1 and 2 in the de-energized state of the coil means;
Fig. 4 einen Längsschnitt durch eine weitere bevorzugte Ausführungsform einer elektromagnetischen Stellvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung in unterschiedlichen Stellpositionen und jeweils im Eingriff mit einer Führungsnut einer Nockenwelle mit unterschiedlichen Stellpositionen; 4 shows a longitudinal section through a further preferred embodiment of an electromagnetic adjusting device according to the present invention in different adjusting positions and in engagement with a guide groove of a camshaft with different adjusting positions;
Fig. 5 eine zur Ausführungsform gemäß Fig. 4 zugehörige Kraft-Weg- Kennlinie in unbestromten Zustand der Spulenmittel; FIG. 5 shows a force-displacement characteristic curve associated with the embodiment according to FIG. 4 in the de-energized state of the coil means;
Fig. 6 eine zur Ausführungsform gemäß Fig. 4 zugehörige Kraft-Weg- Kennlinie im bestromten Zustand der Spulenmittel; 6 shows a force-displacement characteristic curve associated with the embodiment according to FIG. 4 in the energized state of the coil means;
Fig. 7 alternative Querschnittsformen für die Haltemittel; 7 shows alternative cross-sectional shapes for the holding means;
Fig. 8a und 8b eine bevorzugte Ausführungsform der Haltemittel als gerollter bzw. gebogener Zylinder; 8a and 8b show a preferred embodiment of the holding means as a rolled or curved cylinder;
Fig. 9a und 9b eine bevorzugte Ausführungsform der Haltemittel als gerollter bzw. gebogener Zylinder mit wenigstens zwei umfangsseitig angeordneten Ausschnitten; und 9a and 9b show a preferred embodiment of the holding means as a rolled or curved cylinder with at least two circumferentially arranged cutouts; and
Fig. 9c eine zu Fig. 9a, 9b alternative bevorzugte Ausführungsform der Haltemittel. In den Figuren sind gleiche Elemente und Elemente mit der gleichen Funktion mit den gleichen Bezugszeichen versehen. 9c shows a preferred embodiment of the holding means as an alternative to FIGS. 9a, 9b. In the figures, the same elements and elements with the same function are provided with the same reference symbols.
Fig. 1a und 1b zeigen eine bevorzugte Ausführungsform der erfindungsgemäßen elektromagnetischen Stellvorrichtung 10 in seitlicher Schnittansicht. Diese weist ein Gehäuse 30 mit einem zylindrischen Gehäuseabschnitt 30a auf, in dem die im Folgenden beschriebenen weiteren Elemente der Vorrichtung als Baugruppe angeordnet sind. Vorliegend sind in den jeweiligen Figuren insbesondere zur Verdeutlichung der Stellpositionen jeweils zwei Baugruppen nebeneinander im Gehäuse 30 angeordnet. Die vorliegende Erfindung ist hierauf jedoch nicht beschränkt und umfasst somit auch Ausführungsformen mit jeweils einer jeweiligen Baugruppe des Aktuators. Ebenso können mehr als zwei jeweilige Baugruppe(n) in einem gemeinsamen Gehäuse 30 vorgesehen sein. 1a and 1b show a preferred embodiment of the electromagnetic actuating device 10 according to the invention in a side sectional view. This has a housing 30 with a cylindrical housing section 30a, in which the further elements of the device described below are arranged as an assembly. In the present case, two assemblies are arranged next to one another in the housing 30 in the respective figures, in particular to clarify the setting positions. However, the present invention is not restricted to this and thus also includes embodiments each having a respective assembly of the actuator. Likewise, more than two respective assembly (s) can be provided in a common housing 30.
Die Stellvorrichtung 10 umfasst stationäre bestrombare Spulenmittel 1 und einen diesen zugeordneten stationären und magnetisch leitenden Kernbereich 2. Die Spulenmittel 1 weisen vorzugsweise einen Spulenkörper 1a und eine um den Spulenkörper 1a gewickelte Spule 1 b auf. Die Stellvorrichtung 10 weist zudem eine zu den Spulenmittel 1 und dem Kernbereich 2 entlang einer Bewegungslängsachse L selektiv bewegbare Ankereinheit 3 auf. Diese umfasst Permanentmagnetmittel 4 und einen Stößel 5 mit einem freien Endabschnitt 5a zum Eingriff in einen Stellpartner, insbesondere eine Führungsnut 11 a, 11 b eines Stellpartners 11 , beispielsweise einer Nockenwelle (vgl. Fig. 2). Der Stößel 5 und die Permanentmagnetmittel 4 sind vorzugsweise fest miteinander verbunden. Hierbei sind die Permanentmagnetmittel 4 vorzugsweise einends an der Ankereinheit 3 angeordnet und der 5 Stößel erstreckt sich zum gegenüberliegenden Ende. Der Stößel 5 ist an einem den Spulenmitteln 1 gegenüberliegenden Ende des Gehäuses 30 in einem vorzugsweise zylindrischen Führungselement 6 geführt, welches beispielsweise als endseitiger Gehäuseabschnitt ausgebildet ist. Insbesondere kann der jeweilige Stößel in einer vorgesehenen Bohrung 6a der Führung 6 geführt sein. Das Führungselement 6 kann in den Gehäuseabschnitt 30a eingepasst sein und ist vorzugsweise aus magnetisch flussleitendem Material geformt. The actuating device 10 comprises stationary coil means 1 that can be energized and a stationary and magnetically conductive core area 2 assigned to it. The coil means 1 preferably have a coil body 1a and a coil 1b wound around the coil body 1a. The adjusting device 10 also has an armature unit 3 that can be moved selectively with respect to the coil means 1 and the core region 2 along a longitudinal axis L of movement. This comprises permanent magnet means 4 and a plunger 5 with a free end section 5a for engaging an actuating partner, in particular a guide groove 11 a, 11 b of an actuating partner 11, for example a camshaft (see FIG. 2). The plunger 5 and the permanent magnet means 4 are preferably firmly connected to one another. Here, the permanent magnet means 4 are preferably arranged at one end on the armature unit 3 and the plunger 5 extends to the opposite end. The plunger 5 is preferably in an end of the housing 30 opposite the coil means 1 guided cylindrical guide element 6, which is designed for example as an end housing section. In particular, the respective tappet can be guided in a provided bore 6a of the guide 6. The guide element 6 can be fitted into the housing section 30a and is preferably formed from magnetically flux-conducting material.
Der Kernbereich 2 weist eine plane Innenseite 2a auf und ist vorzugsweise zum Zusammenwirken mit den Permanentmagnetmitteln 4 ausgebildet, derart, dass im unbestromten Zustand (vgl. Fig. 1a linke Baugruppe) die Permanentmagnetmittel 4 an dem Kernbereich 2 anhaften und somit eine stabile erste eingefahrene Stellposition A der Ankereinheit 3 bereitgestellt werden kann. Das Führungselement 6 weist eine vorzugsweise plane Innenseite 6b auf, welche zum Zusammenwirken mit den Permanentmagnetmitteln 4 in einer ausgefahrenen zweiten Stellposition B ausgebildet ist, derart, dass im unbestromten Zustand (vgl. Fig. 1b linke Baugruppe) dieThe core area 2 has a flat inner side 2a and is preferably designed to interact with the permanent magnet means 4 in such a way that in the de-energized state (cf. Fig. 1a left assembly) the permanent magnet means 4 adhere to the core area 2 and thus a stable first retracted setting position A of the anchor unit 3 can be provided. The guide element 6 has a preferably planar inner side 6b, which is designed to interact with the permanent magnet means 4 in an extended second setting position B, such that in the de-energized state (cf. Fig. 1b, left-hand assembly) the
Permanentmagnetmittel 4 an dem Führungselement 6 vorzugsweise anhaften und somit eine stromlos stabile zweite Stellposition bereitgestellt werden kann. Eine Rückführung des Stößels 5 und somit der Ankereinheit 3 aus der zweiten ausgefahrenen Stellposition B in die erste eingefahrene Stellposition A kann in an sich bekannter Weise durch eine mechanische Rückführung bzw. ein Zurückschieben des Stößels mittels Flöhenänderung in einer kontaktieren Nutenführung bzw. des jeweiligen Nutengrundes erfolgen. Alternativ kann die zweite Stellposition B auch durch ein vorzugsweise kontinuierliches Bestromen der Spulenmittel und somit durch Aufbringen einer vorzugsweise kontinuierlichen Abstoßraft auf die Ankereinheit bereitgestellt werden. Eine Rückführung des Stößels 5 kann optional auch durch ein rückführendes Federmittel bzw. mittels dessen Unterstützung erfolgen. Zwischen den Permanentmagnetmitteln 4 und dem Kernbereich 2 können an sich bekannte Antiklebemittel, beispielsweise eine Antiklebescheibe oder eine zentrale Erhebung 4d, zur Aufrechterhaltung eines vordefinierten Abstands vorgesehen sein. Die Permanentmagnetmittel 4 umfassen vorzugsweise wenigstens eine Permanentmagnetscheibe 4a, zum Beispiel aus Neodym-Eisen-Bor, welche mittig zwischen zwei magnetisch leitenden Scheiben 4b, 4c, beispielweise aus Eisen, angeordnet sein kann. Die Permanentmagnetscheibe 4a und die angrenzenden Scheiben 4b, 4c können mittels dünnem Klebefilm miteinander verbunden sein und/oder von einem Ring (nicht gezeigt), vorzugsweise aus Kunststoff, umgeben sein. Dieser kann dazu dienen ein Abplatzen von Material aus der Permanentmagnetscheibe 4a zu verhindern. Die Permanentmagnetscheibe 4a und die angrenzenden Scheiben 4b, 4c können auch mit alternativen Verbindungsmitteln Kraft- oder formschlüssig beispielsweise mittels Schweißen, Verstemmen etc. verbunden sein. Permanent magnet means 4 preferably adhere to the guide element 6 and thus a currentlessly stable second setting position can be provided. A return of the plunger 5 and thus the armature unit 3 from the second extended set position B to the first retracted set position A can take place in a manner known per se by mechanical return or pushing the plunger back by means of a flute change in a contact groove guide or the respective groove base . Alternatively, the second set position B can also be provided by a preferably continuous energization of the coil means and thus by applying a preferably continuous repulsive force to the armature unit. The plunger 5 can optionally also be returned by a return spring means or by means of its support. Anti-adhesive means known per se, for example an anti-adhesive disk or a central elevation 4d, can be provided between the permanent magnet means 4 and the core area 2 in order to maintain a predefined distance. The permanent magnet means 4 preferably comprise at least one permanent magnet disk 4a, for example made of neodymium-iron-boron, which can be arranged centrally between two magnetically conductive disks 4b, 4c, for example made of iron. The permanent magnet disk 4a and the adjacent disks 4b, 4c can be connected to one another by means of a thin adhesive film and / or be surrounded by a ring (not shown), preferably made of plastic. This can serve to prevent material from flaking off from the permanent magnet disk 4a. The permanent magnet disk 4a and the adjacent disks 4b, 4c can also be connected with alternative connecting means in a force-fitting or form-fitting manner, for example by means of welding, caulking, etc.
Erfindungsgemäße weist die Vorrichtung permanentmagnetisch flussleitende Haltemittel 7 auf. Diese sind vorzugsweise in einem vordefinierten axialen Abstand d zum Kernbereich angeordnet. Dieser liegt vorzugsweise bei zwischen 1 bis 7mm, mehr bevorzugt bei zwischen 3,5 und 6mm. Die Haltemittel 7 können zudem von dem gegenüberliegend zum Kernbereich angeordneten Führungselement 6 mittels Abstand d1 axial beabstandet angeordnet sein. Der Abstand d1 liegt vorzugsweise bei zwischen 1 bis 7mm, mehr bevorzugt bei zwischen 3,5 und 6mm. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform sind die Haltemittel 7 mittig, d.h. auf halber axialer Distanz zwischen dem Kernbereich 2 und dem Führungselement 6 angeordnet. According to the invention, the device has holding means 7 which conduct magnetic fluxes in a permanent manner. These are preferably arranged at a predefined axial distance d from the core area. This is preferably between 1 and 7 mm, more preferably between 3.5 and 6 mm. The holding means 7 can also be arranged axially spaced apart from the guide element 6 arranged opposite to the core area by means of a distance d1. The distance d1 is preferably between 1 and 7 mm, more preferably between 3.5 and 6 mm. In a particularly preferred embodiment, the holding means 7 are arranged centrally, i.e. at half the axial distance between the core area 2 and the guide element 6.
Ein radialer Abstand r zwischen den Haltemitteln 7 und den Permanentmagnetmitteln 4, insbesondere ein Abstand zwischen einer Außenumfangsfläche der Permanentmagnetmitteln und einer Innenumfangsfläche der Haltemittel liegt vorzugsweise zwischen 0,2 und 1 ,4mm, mehr bevorzugt zwischen 0,3 und 0,8mm. Eine Erstreckung bzw. Höhe h1 der Haltemittel 7 entlang der Bewegungslängsachse L ist vorzugsweise im Wesentlichen gleich oder größer als die Erstreckung bzw. Höhe h2 der Permanentmagnetmittel 4 in Richtung der Bewegungslängsachse L. In einer alternativen Ausgestaltungsform können die Haltemittel 7 auch eine kleinere Erstreckung bzw. Höhe h1 als die Haltemittel 7 aufweisen. A radial distance r between the holding means 7 and the permanent magnet means 4, in particular a distance between one The outer peripheral surface of the permanent magnet means and an inner peripheral surface of the holding means is preferably between 0.2 and 1.4 mm, more preferably between 0.3 and 0.8 mm. An extension or height h1 of the holding means 7 along the longitudinal axis of movement L is preferably essentially the same as or greater than the extension or height h2 of the permanent magnet means 4 in the direction of the longitudinal axis of movement L. In an alternative embodiment, the holding means 7 can also have a smaller extension or height. Have height h1 as the holding means 7.
Die Haltemittel 7 sind zum Zusammenwirken mit den Permanentmagnetmitteln 4 der Ankereinheit 3 in einer dritten Stellposition C (vgl. Fig. 1a und 1b, rechte Baugruppe) ausgebildet, derart, dass die Ankereinheit 3 in der dritten Stellposition C zwischen der ersten und zweiten Stellposition A,B gehalten werden kann und/oder ein vordefiniertes Kraftpotenzial in Richtung auf einen kontaktierten Stellpartner ausüben kann, wie nachfolgend näher beschrieben wird. In der gezeigten Ausführungsform weisen die Haltemittel 7 eine im Wesentlichen zylinderförmiges Haltelement auf, welches einen vorzugsweise homogenen Querschnitt aufweist. The holding means 7 are designed to interact with the permanent magnet means 4 of the armature unit 3 in a third setting position C (cf. FIGS. 1a and 1b, right-hand assembly) such that the armature unit 3 in the third setting position C between the first and second setting positions A. , B can be held and / or can exert a predefined force potential in the direction of a contacted actuating partner, as will be described in more detail below. In the embodiment shown, the holding means 7 have an essentially cylindrical holding element, which has a preferably homogeneous cross section.
Im Betrieb der Stellvorrichtung 10 zum Erreichen der zwischenliegenden Stellposition C werden die Spulenmittel 1 mit einem relativ kurzen impulsförmigen Strom beaufschlagt, wodurch die Permanentmagnetmittel 4 von dem Kernbereich 2 gelöst bzw. abgestoßen werden. Bei der weiteren Ausfahrbewegung wird die Ankereinheit 3 zunächst wenigstens teilweise durch eine sich ausbildende magnetische Anziehungskraft zwischen den Permanentmagnetmitteln 4 und den Haltemittel 7 unterstützt bzw. beschleunigt. Dies erfolgt insbesondere über einen vordefinierten Hubabschnitt H1 (vgl. zugehörige Kraft-Weg-Kennlinie 40 in Fig. 3). In einem anschließenden Hubabschnitt H2 erfolgt dann eine Dämpfung bzw. Verlangsamung der Bewegung der Ankereinheit 3, insbesondere durch radial auftretende magnetische Querkräfte, durch welche die Ankereinheit 3 bei geringem initialen Antrieb mittels der vergleichsweise kurzen impulsartigen Bestromung zum Stehen gelangt und in der zwischenliegenden Stellposition C mittels des Zusammenwirkens von Permanentmagnetmittel 4 und Haltemittel 7 gehalten werden kann. Bei der gezeigten Ausführungsform wird die Ankereinheit 3 bei einem Hub von ca. 3,3mm (vgl. Nulldurchgang in Fig. 3) gehalten. When the actuating device 10 is in operation to reach the intermediate actuating position C, a relatively short pulse-shaped current is applied to the coil means 1, as a result of which the permanent magnet means 4 are detached or repelled from the core area 2. During the further extension movement, the armature unit 3 is initially at least partially supported or accelerated by a magnetic force of attraction that develops between the permanent magnet means 4 and the holding means 7. This takes place in particular via a predefined stroke section H1 (cf. associated force-displacement characteristic 40 in FIG. 3). In A subsequent stroke section H2 then dampens or slows down the movement of the armature unit 3, in particular through radially occurring magnetic transverse forces, through which the armature unit 3 comes to a standstill with a low initial drive by means of the comparatively short pulse-like current supply and in the intermediate position C by means of the Cooperation of permanent magnet means 4 and holding means 7 can be held. In the embodiment shown, the armature unit 3 is held at a stroke of approximately 3.3 mm (cf. zero crossing in FIG. 3).
Im Betrieb der Stellvorrichtung 10 zum Erreichen der ausgefahrenen zweiten Stellposition B werden die Spulenmittel 1 mit einem relativ längeren impulsförmigen Strom beaufschlagt, wodurch die Permanentmagnetmittel 4 und somit die Ankereinheit 3 eine vergleichsweise höhere Abstoßkraft bzw. einen höheren initialen Antrieb erfahren. Dies erfolgt derart, dass die auf die Permanentmagnetmittel 4 bei dieser Betriebsart wirkende dämpfende Zusammenwirkung mit den Haltemitteln 7 nicht zu einem Halten in der dritten zwischenliegenden Stellposition C führt, sondern die Ankereinheit 3 in die ausgefahrene Stellposition B gebracht wird. Bei Annäherung der Ankereinheit 3 an die endseitig angeordneten Führungselement 6 erfährt die Ankereinheit eine zusätzliche magnetische Anziehungskraft durch das Zusammenwirken von Permanentmagnetmittel 4 und dem Führungselement 6 (vgl. Hubabschnitt H4 in Fig. 3). Fig. 2 zeigt eine bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Systems bestehend aus der Stellvorrichtung 10 und einem zugehörigen Stellpartner 11, insbesondere eine Nockenwelle. Die Stellvorrichtung 10 kann wie gezeigt in eine Positioniereinrichtung 20 eingesetzt bzw. damit verbunden sein. Der Stellpartner 11 weist wenigstens eine Führungsnut 11a beispielsweise eine an sich bekannte S-Nut, und eine relativ dazu radial am Stellpartner 11 höher liegende, d.h. in kürzerem Abstand zur Stellvorrichtung 10 als die erste Nut 11a angeordnete bzw. verlaufende, zweite Führungsnut 11b auf, vorzugsweise eine an sich bekannte X-Nut. In operation of the actuating device 10 to reach the extended second actuating position B, the coil means 1 are subjected to a relatively longer pulse-shaped current, whereby the permanent magnet means 4 and thus the armature unit 3 experience a comparatively higher repulsion force or a higher initial drive. This takes place in such a way that the damping interaction with the holding means 7 acting on the permanent magnet means 4 in this operating mode does not lead to a holding in the third intermediate setting position C, but rather the armature unit 3 is brought into the extended setting position B. When the armature unit 3 approaches the guide element 6 arranged at the end, the armature unit experiences an additional magnetic force of attraction through the interaction of the permanent magnet means 4 and the guide element 6 (cf. lifting section H4 in FIG. 3). Fig. 2 shows a preferred embodiment of the system according to the invention consisting of the actuating device 10 and an associated actuating partner 11, in particular a camshaft. As shown, the adjusting device 10 can be inserted into or connected to a positioning device 20. The actuating partner 11 has at least one guide groove 11a, for example an S-groove known per se, and one that is located radially higher on the actuating partner 11 relative thereto, ie at a shorter distance from the Adjusting device 10 as the first groove 11a arranged or extending, second guide groove 11b, preferably an X-groove known per se.
Der freie Endabschnitt 5a des Stößels 5 ist dabei mit einem jeweiligen Nutengrund der Nut 11 a, 11 b in Kontakt. Wie aus Fig. 2 ersichtlich, zeigt die linke Baugruppe die zweite ausgefahrene Stellposition B der Ankereinheit 3 und die rechte Baugruppe die dritte zwischenliegende Stellposition C der Ankereinheit 3. Mittels der erfindungsgemäßen Bereitstellung einer ausgefahrenen stromlos stabilen Stellposition B und einer zusätzlichen zwischenliegenden stromlos stabilen Stellposition C kann die Stellvorrichtung für Stellvorgänge mit unterschiedlichen Nutenhöhen bzw. teilweise überlappenden Kulissenbahnen eines Stellpartners verwendet werden. Fig. 4 zeigt eine weitere bevorzugte Ausführungsform der Stellvorrichtung 10 gemäß der vorliegenden Erfindung in unterschiedlichen Stellpositionen und jeweils im Eingriff mit einer Führungsnut eines Stellpartners. In dieser Ausführungsform weisen die Haltern ittel 7 eine alternative Querschnittsform auf. Insbesondere sind die Haltemittel 7 durch ein im Wesentlichen zylindrisches flussleitendes Element mit konstantem Außendurchmesser und variabler Innenkontur gebildet. Die Innenkontur weist dabei einen sich in Bewegungsrichtung zur zweiten Stellposition B verringernden Innendurchmesser auf. Das Flalteelement 7 weist dabei einen bezogen auf den Umfang vorzugsweise homogenen Querschnitt in Form einer halben Kegelstumpfform auf. Das Flalteelement 7 liegt hierbei auf dem Führungselement 6 auf bzw. ist direkt angrenzend zum Führungselement 6 angeordnet. The free end section 5a of the plunger 5 is in contact with a respective groove bottom of the groove 11a, 11b. As can be seen from Fig. 2, the left assembly shows the second extended position B of the armature unit 3 and the right assembly shows the third intermediate position C of the armature unit 3. By means of the provision according to the invention of an extended, de-energized, stable position B and an additional intermediate, de-energized, stable position C the adjusting device can be used for adjusting processes with different groove heights or partially overlapping slide tracks of an actuating partner. 4 shows a further preferred embodiment of the adjusting device 10 according to the present invention in different adjusting positions and in each case in engagement with a guide groove of an adjusting partner. In this embodiment, the holders have an alternative cross-sectional shape. In particular, the holding means 7 are formed by an essentially cylindrical flow-guiding element with a constant outer diameter and a variable inner contour. The inner contour has an inner diameter that decreases in the direction of movement towards the second setting position B. The fold element 7 has a preferably homogeneous cross-section in the form of half a truncated cone in relation to the circumference. The folding element 7 rests on the guide element 6 or is arranged directly adjacent to the guide element 6.
Diese Ausführungsform der Haltemittel 7 ermöglichen ein Zusammenwirken mit den Permanentmagnetmitteln 4 der Ankereinheit 3 derart, dass die Ankereinheit 3 über einen vordefinierten Flubabschnitt H3 (vgl. zugehörige Kennlinie 41 in Fig. 5) zwischen der ersten und zweiten Stellposition ein vorzugsweise im Wesentlichen homogenes Kraftpotenzial in Richtung auf den Stellpartner 11 ausübt. Insbesondere sind in dieser Ausführungsform die Haltemittel derart ausgebildet, dass neben einer radialen magnetischen Querkraft eine in Richtung auf den Stellpartner 11 wirkende Axialkraft wirkt bzw. auf den Stellpartner ausgeübt werden kann. This embodiment of the holding means 7 enable an interaction with the permanent magnet means 4 of the armature unit 3 in such a way that the armature unit 3 has a predefined flow section H3 (cf. Characteristic curve 41 in FIG. 5) exerts a preferably essentially homogeneous force potential in the direction of the actuating partner 11 between the first and second actuating positions. In particular, in this embodiment the holding means are designed in such a way that, in addition to a radial magnetic transverse force, an axial force acting in the direction of the actuating partner 11 acts or can be exerted on the actuating partner.
Die dritte zwischenliegende Stellposition C (rechte Baugruppe in Fig. 4) liegt dabei im vordefinierten Hubabschnitt H3 und kann beispielsweise durch Eingriff bzw. Aufliegen des Stößels 5 auf einen Nutengrund der Nut 11b definiert werden. Das auf den Stellpartner 11 ausgeübte Kraftpotenzial liegt vorzugsweise im Bereich von 1 bis 5N, mehr bevorzugt im Bereich von 1,5 bis 3N. Der vordefinierte Hubabschnitt H3 umfasst vorzugsweise einen Hub der Ankereinheit 3 entlang der Bewegungslängsachse L von 0,5 bis 2,5mm, mehr bevorzugt von 1 bis 2mm. The third intermediate set position C (right assembly in FIG. 4) lies in the predefined stroke section H3 and can be defined, for example, by engaging or resting the plunger 5 on a groove base of the groove 11b. The force potential exerted on the actuating partner 11 is preferably in the range from 1 to 5N, more preferably in the range from 1.5 to 3N. The predefined stroke section H3 preferably comprises a stroke of the armature unit 3 along the longitudinal axis L of movement of 0.5 to 2.5 mm, more preferably of 1 to 2 mm.
Fig. 5 zeigt eine zur Ausführungsform der Fig. 4 zugehörige Kraft-Weg- Kennlinie 41 für den unbestromten Zustand. Fig. 6 zeigt eine zur Ausführungsform der Fig. 4 zugehörige Kraft-Weg- Kennlinie 42 für den bestromten Zustand. Wie aus Fig. 6 ersichtlich, ist die Stellvorrichtung 10 vorzugsweise derart ausgelegt, dass sich in einem anfänglichen Hubabschnitt H5 ein relativ konstantes Kraftpotenzial über den Hub ergibt. Vorzugsweise bleibt das Kraftpotenzial in einem Bereich von 0,5 bis 2,5mm Hub innerhalb einer maximalen Abweichung von 0,5 bis 4N, mehr bevorzugt von 1 bis 3,5N. Hierdurch wird insbesondere bei auftretendem Verschleiß, bei welchem es bspw. durch Abrieb am Stößel zu einer Verschiebung der Kurve nach links in Fig. 6 führt, ein relativ gleichbleibendes Kraftpotenzial beim Ausfahren des Stößels bereitgestellt. Eine substantielle Verschlechterung bzw. Verringerung des Kraftpotenzials bei Verschleiß und dadurch eine Verringerung bspw. der möglichen Schaltzeiten wird dadurch vermieden. Durch diese Auslegung wird insbesondere eine Verwendung der Stellvorrichtung für wenigstens 1 Mio. Zyklen, mehr bevorzugt für wenigstens 2 Mio. Zyklen ermöglicht. Fig. 7 zeigt schematisch mehrere alternative Querschnittsformen 8a bis 8f für die Haltemittel 7. Insbesondere können die Haltemittel 7 neben der bereits oben beschriebenen Zylinder- bzw. ringförmigen Querschnittsform 8 und einer halbkegelstumpfförmigen Querschnittsform mit sich in Ausfahrrichtung verringerndem Innendurchmesser 8b, weitere Querschnittsformen aufweisen, wie beispielsweise eine Querschnittsform mit sich in Ausfahrrichtung vergrößerndem Innendurchmesser 8a. Ebenfalls können die Haltemittel 7 eine Querschnittsform 8c, 8d mit einer im Wesentlichen dreiecksförmigen Einkerbung aufweisen. Alternativ können die Haltemittel 7 eine Querschnittsform mit einer im Wesentlichen rechteckförmigen Einkerbung 8f aufweisen. Diese kann in Form und Tiefe variieren oder sich sogar komplett durch die Haltemittel 7 erstrecken (vgl. 8e). FIG. 5 shows a force-displacement characteristic curve 41 associated with the embodiment of FIG. 4 for the de-energized state. FIG. 6 shows a force-displacement characteristic 42 associated with the embodiment of FIG. 4 for the energized state. As can be seen from FIG. 6, the adjusting device 10 is preferably designed in such a way that a relatively constant force potential over the stroke results in an initial stroke section H5. The force potential preferably remains in a range from 0.5 to 2.5 mm stroke within a maximum deviation of 0.5 to 4N, more preferably from 1 to 3.5N. This provides a relatively constant force potential when the tappet is extended, particularly when wear occurs, in which, for example, due to abrasion on the tappet, the curve is shifted to the left in FIG. 6. A substantial deterioration or reduction in the force potential in the event of wear and thus a reduction, for example, of the possible This avoids switching times. This design makes it possible, in particular, to use the adjusting device for at least 1 million cycles, more preferably for at least 2 million cycles. 7 shows schematically several alternative cross-sectional shapes 8a to 8f for the holding means 7. In particular, the holding means 7 can have further cross-sectional shapes in addition to the cylindrical or annular cross-sectional shape 8 already described above and a frustoconical cross-sectional shape with an inner diameter 8b that decreases in the extension direction, such as For example, a cross-sectional shape with an inner diameter 8a that increases in the direction of extension. The holding means 7 can also have a cross-sectional shape 8c, 8d with an essentially triangular notch. Alternatively, the holding means 7 can have a cross-sectional shape with an essentially rectangular notch 8f. This can vary in shape and depth or even extend completely through the holding means 7 (see FIG. 8e).
Fig. 8a, 8b zeigen eine besonders bevorzugte Ausführungsform des Halteelements 7 als zylinderförmig gebogenes bzw. gerolltes Blechteil mit vorzugsweise konstanter Wandstärke. Das Bleichteil 9 ist dabei aus einem ursprünglich rechteckigen Blech 9‘ (Fig. 8a) in die gewünschte zylindrische Form 9 (Fig. 8b) gebogen. Das sich auf diese Weise ergebende Halteelement 7 kann eine sich herstellungsbedingt umfangsseitige Öffnung 9a aufweisen und umgibt im eingesetzten Zustand in der Vorrichtung 10 die Permanentmagnetmittel 4 um einen Umfang von vorzugsweise wenigstens 330°, mehr bevorzugt von wenigstens 350°, am bevorzugtesten von wenigstens 355°. Fig. 9a, 9b zeigen eine alternative Ausführungsform des Halteelements 7 als zylinderförmig gebogenes bzw. gerolltes Blechteil 12 mit variierender Querschnittsform bezogen auf dessen Umfang. Insbesondere weist das Blechteil 12 vorzugsweise einseitig wenigstens zwei, vorzugsweise mehrere um dessen Umfang verteilte vorzugsweise gleichartige Ausschnitte 12a bzw. Einkerbungen auf. Diese weisen im ausgerollten Zustand des Blechteils 12' vorzugsweise eine im Wesentlichen dreieckförmige Form auf. Hierdurch ergeben sich im gerollten Zustand von einem zylindrischen Grundkörper 12b hervorstehende längliche, gebogene Kronen bzw. Vorsprünge 12c. Analog zum Ausführungsbeispiel nach Fig. 8a, 8b show a particularly preferred embodiment of the holding element 7 as a cylindrically bent or rolled sheet metal part with a preferably constant wall thickness. The bleaching part 9 is bent from an originally rectangular sheet 9 '(FIG. 8a) into the desired cylindrical shape 9 (FIG. 8b). The holding element 7 obtained in this way can have a circumferential opening 9a due to the manufacturing process and, when inserted in the device 10, surrounds the permanent magnet means 4 by a circumference of preferably at least 330 °, more preferably at least 350 °, most preferably at least 355 ° . 9a, 9b show an alternative embodiment of the holding element 7 as a cylindrically bent or rolled sheet metal part 12 with varying Cross-sectional shape based on its circumference. In particular, the sheet metal part 12 preferably has at least two, preferably several, preferably similar cutouts 12a or notches distributed around its circumference on one side. In the rolled-out state of the sheet metal part 12 ', these preferably have an essentially triangular shape. In the rolled state, this results in elongated, curved crowns or projections 12c protruding from a cylindrical base body 12b. Analogous to the embodiment according to Fig.
8a, 8b kann das Halteelement 7 eine umfangsseitige Öffnung bzw. axial verlaufenden Schlitz 12d aufweisen 8a, 8b, the holding element 7 can have a peripheral opening or axially extending slot 12d
Fig. 9c zeigt eine zu Fig. 9a, 9b alternative Ausgestaltung des Halteelements 7, in welchen die Ausschnitte oder Einkerbungen 12a eine abweichende, insbesondere trapezförmige Form aufweisen. Hierdurch ergeben sich entsprechende trapezförmige Vorsprünge 12c. 9c shows an embodiment of the holding element 7 that is alternative to FIGS. 9a, 9b, in which the cutouts or notches 12a have a different, in particular trapezoidal shape. This results in corresponding trapezoidal projections 12c.
Die oben beschriebenen Ausführungsformen sind lediglich beispielhaft, wobei die Erfindung keineswegs auf die in den Figuren gezeigten Ausführungsformen beschränkt ist. Insbesondere können die gezeigten Ausführungsformen auch untereinander kombiniert werden. The embodiments described above are only exemplary, the invention being in no way restricted to the embodiments shown in the figures. In particular, the embodiments shown can also be combined with one another.
Bezugszeichenliste List of reference symbols
1 Spulenmittel 1 coil means
1a Spulenkörper 1b Spule 1a bobbin 1b coil
2 Kernbereich 2 core area
2a Innenseite Kernbereich 2a inside core area
3 Ankereinheit 3 anchor unit
4 Permanentmagnetmittel 4a Permanenmagnetscheibe 4 permanent magnet means 4a permanent magnet disk
4b, c magnetisch leitende Scheiben 4d Erhebung 4b, c magnetically conductive disks 4d elevation
5 Stößel 5 tappets
5a Endabschnitt Stößel 6 Führungselement 5a end section plunger 6 guide element
6a Bohrung Führungselement 6b Innenseite Führungselement 6a bore guide element 6b inside guide element
7 Haltemittel 7 holding means
8 Querschnittsform 8a-8f alternative Querschnittsformen 8 cross-sectional shape 8a-8f alternative cross-sectional shapes
9 Bleichteil 9 bleach part
9a umfangsseitige Öffnung 9a peripheral opening
10 Stellvorrichtung 10 adjusting device
11 Stellpartner, Nockenwelle 11a erste Führungsnut, S-Nut 11 actuators, camshaft 11a first guide groove, S-groove
11 b zweite Führungsnut, X-Nut 11 b second guide groove, X-groove
12 Bleichteil mit Ausschnitten 12 bleached part with cutouts
12a Ausschnitt/Einkerbung 12a cutout / notch
12b zylindrischer Grundkörper 12c KroneA/orsprung 12b cylindrical base body 12c crown A / orsprung
12d Öffnung/Schlitz 20 Positioniereinrichtung 12d opening / slot 20 positioning device
30 Gehäuse 30 housing
30a zylindrischer Gehäuseabschnitt 30a cylindrical housing section
40 Kennlinie unbestromt Ausführungsform gern. Fig. 1-240 Characteristic curve de-energized embodiment like. Fig. 1-2
41 Kennlinie unbestromt Ausführungsform gern. Fig. 441 Characteristic curve de-energized embodiment like. Fig. 4
42 Kennlinie bestromt Ausführungsform gern. Fig. 4 42 Characteristic curve energized embodiment gladly. Fig. 4
A erste Stellposition A first position
B zweite Stellposition B second position
C dritte Stellposition C third position
L Bewegungslängsachse L longitudinal axis of movement
H 1 Flubabschnitt Unterstützung Ausfahrbewegung H 1 flub section support extension movement
H2 Hubabschnitt Bereitstellung Dämpfung H2 stroke section provision of damping
H3 Hubabschnitt homogenes Kraftpotenzial H3 stroke section homogeneous force potential
H4 Hubabschnitt Anziehung in Stellposition B H4 stroke section attraction in position B
H5 Hubabschnitt homogene Ausfahrkraft h1 Höhe der Haltemittel h2 Höhe der Permanentmagnetmittel d axialer Abstand Kernbereich Haltemittel d1 axialer Abstand Haltemittel Führungselement r radialer Abstand Haltemittel und Permanentmagnet H5 stroke section homogeneous extension force h1 height of the holding means h2 height of the permanent magnet means d axial distance between core area holding means d1 axial distance holding means guide element r radial distance between holding means and permanent magnet

Claims

Ansprüche Expectations
1. Elektromagnetische Stellvorrichtung (10) aufweisend bestrombare stationäre Spulenmittel (1) mit einem diesen zugeordneten stationären Kernbereich (2), eine zu den Spulenmitteln (1) und Kernbereich (2) relativ bewegbare Ankereinheit (3) mit Permanentmagnetmittel (4) und einem vorzugsweise einends angeordneten Stößel (5) mit einem freien Endabschnitt (5a) zum Eingriff in einen Stellpartner, insbesondere eine Führungsnut (11a, 11b) einer Nockenwelle (11), wobei die Ankereinheit (3) entlang einer Bewegungslängsachse (L) in mindestens zwei Stellpositionen (A,B), insbesondere in eine erste eingefahrene Stellposition (A) und eine zweite ausgefahrene Stellposition (B), bewegbar ist, und wobei die Stellvorrichtung (10) zum Kernbereich beabstandete permanentmagnetisch flussleitende Haltemittel (7) aufweist, welche zum Zusammenwirken mit den Permanentmagnetmitteln (4) der Ankereinheit (3) in einer dritten Stellposition (C) zwischen der ersten und zweiten Stellposition (A,B) ausgebildet sind, derart, dass die Ankereinheit (3) in der dritten Stellposition (C) zwischen der ersten und zweiten Stellposition (A,B) gehalten wird und/oder ein vordefiniertes Kraftpotenzial in Richtung auf den Stellpartner ausübt. 1. Electromagnetic actuating device (10) comprising energizable stationary coil means (1) with a stationary core area (2) assigned to them, an armature unit (3) with permanent magnet means (4) and preferably one movable relative to the coil means (1) and core area (2) A tappet (5) arranged at one end with a free end section (5a) for engaging an actuating partner, in particular a guide groove (11a, 11b) of a camshaft (11), the armature unit (3) in at least two actuating positions (L) along a longitudinal axis (L) of movement ( A, B), in particular into a first retracted setting position (A) and a second extended setting position (B), and wherein the setting device (10) has permanent magnetic flux-conducting holding means (7) which are spaced apart from the core area and which interact with the permanent magnet means (4) the armature unit (3) are designed in a third setting position (C) between the first and second setting positions (A, B), d requires that the anchor unit (3) is held in the third actuating position (C) between the first and second actuating positions (A, B) and / or exerts a predefined force potential in the direction of the actuating partner.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Ankereinheit (3) zum Zusammenwirken mit den Spulenmittel (1) und dem Kernbereich (2) derart ausgebildet ist, dass als Reaktion auf eine selektive Bestromung der Spulenmittel (1), die Ankereinheit (3) aus der ersten Stellposition (A) in die zweite oder dritte Stellposition (B,C), insbesondere durch Wahl einer entsprechenden Dauer der Bestromung bewegt wird. 2. Device according to claim 1, wherein the armature unit (3) is designed to interact with the coil means (1) and the core region (2) in such a way that, in response to a selective energization of the coil means (1), the armature unit (3) the first setting position (A) is moved into the second or third setting position (B, C), in particular by selecting a corresponding duration of the energization.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei im unbestromten Zustand der Spulenmittel (1) die dritte Stellposition (C) durch ein Zusammenwirken der Permanentmagnetmittel (4) mit den Haltemitteln (4) stromlos stabil gehalten wird. 3. Apparatus according to claim 1 or 2, wherein in the de-energized state of the coil means (1) the third setting position (C) is kept stable in the currentless state by an interaction of the permanent magnet means (4) with the holding means (4).
4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Haltemittel (7) entlang eines Bewegungsabschnittes der Permanentmagnetmittel (4) entlang der Bewegungslängsachse (L) zwischen der ersten und zweiten Stellposition (A,B) und vorzugsweise koaxial zu den Permanentmagnetmitteln (4) angeordnet sind. 4. Device according to one of claims 1 to 3, wherein the holding means (7) along a movement section of the permanent magnet means (4) along the longitudinal axis (L) of movement between the first and second setting positions (A, B) and preferably coaxially to the permanent magnet means (4 ) are arranged.
5 Vorrichtung nach einem der vorhergehen Ansprüche, wobei die Haltemittel (7) mit den Permanentmagnetmitteln (4) derart Zusammenwirken, dass eine Bewegung der Ankereinheit (3) entlang der Bewegungslängsachse (L) von der ersten eingefahrenen Stellposition (A) hin zur zweiten ausgefahrenen Stellposition (B) beim Annähern an oder Durchfahren der dritten Stellposition (C) gedämpft und/oder gestoppt wird. 5 Device according to one of the preceding claims, wherein the holding means (7) interact with the permanent magnet means (4) in such a way that a movement of the armature unit (3) along the movement longitudinal axis (L) from the first retracted setting position (A) to the second extended setting position (B) when approaching or passing through the third setting position (C) is damped and / or stopped.
6. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Haltemittel (7) zum Zusammenwirken mit den Permanentmagnetmitteln (4) der Ankereinheit (3) derart ausgebildet sind, dass die Ankereinheit (3) über einen vordefinierten Hubabschnitt (H3) zwischen der ersten und zweiten Stellposition (A,B) ein vorzugsweise im Wesentlichen homogenes Kraftpotenzial in Richtung auf den Stellpartner (11) ausübt. 6. Device according to one of the preceding claims, wherein the holding means (7) for interacting with the permanent magnet means (4) of the armature unit (3) are designed such that the armature unit (3) via a predefined stroke section (H3) between the first and second Adjustment position (A, B) exerts a preferably substantially homogeneous force potential in the direction of the actuating partner (11).
7. Vorrichtung nach Anspruch 6, wobei die dritte Stellposition (C) im vordefinierten Hubabschnitt (H3) liegt und vorzugsweise durch Eingriff des Stößels (5) in einen Nutengrund (11b) des Stellpartners (11) definiert wird. 7. The device according to claim 6, wherein the third setting position (C) lies in the predefined stroke section (H3) and is preferably defined by engagement of the plunger (5) in a groove base (11b) of the setting partner (11).
8. Vorrichtung nach Anspruch 6 oder 7, wobei das ausgeübte8. Apparatus according to claim 6 or 7, wherein the exercised
Kraftpotenzial im Bereich von 0,5 bis 5N, vorzugsweise im Bereich von 1,5 bis 3N liegt. Force potential is in the range from 0.5 to 5N, preferably in the range from 1.5 to 3N.
9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 8, wobei der vordefinierte Hubabschnitt (H3) einen Hub von 0,5 bis 2,5mm, mehr bevorzugt von 1 bis 2mm umfasst. 9. Device according to one of claims 6 to 8, wherein the predefined stroke section (H3) comprises a stroke of 0.5 to 2.5 mm, more preferably of 1 to 2 mm.
10. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Haltemittel (7) ein im Wesentlichen zylindrisches flussleitendes Element mit vorzugsweise konstantem Innen- und Außendurchmesser umfassen, welches in der dritten Stellposition (C) die Permanentmagnetmittel (4) umfangsseitig umgibt. 10. Device according to one of the preceding claims, wherein the holding means (7) comprise a substantially cylindrical flow-guiding element with preferably constant inner and outer diameter, which in the third setting position (C) surrounds the permanent magnet means (4) circumferentially.
11. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die11. Device according to one of the preceding claims, wherein the
Haltemittel (7) ein im Wesentlichen zylindrisches flussleitendes Element mit konstantem Außendurchmesser und variabler Innenkontur aufweist, vorzugsweise mit einem sich in Bewegungsrichtung zur zweiten Stellposition (B) verringernden Innendurchmesser. Holding means (7) has an essentially cylindrical flow-guiding element with a constant outer diameter and variable inner contour, preferably with an inner diameter that decreases in the direction of movement towards the second setting position (B).
12. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Haltemittel (7) eine Erstreckung (h1) entlang der Bewegungslängsachse (L) aufweisen, welche im Wesentlichen gleich oder größer als die Erstreckung der Permanentmagnetmittel (4) in Richtung der Bewegungslängsachse (L) ist. 12. Device according to one of the preceding claims, wherein the holding means (7) have an extension (h1) along the longitudinal axis of movement (L) which is substantially equal to or greater than the extension of the permanent magnet means (4) in the direction of the longitudinal axis (L) of movement .
13. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der radiale Abstand (r) zwischen einer Außenumfangsfläche der Permanentmagnetmitteln (4) und einer Innenumfangsfläche der Haltemittel (7) zwischen 0,2 und 1 ,4mm, mehr bevorzugt zwischen 0,3 und 0,8mm liegt. 13. Device according to one of the preceding claims, wherein the radial distance (r) between an outer peripheral surface of the permanent magnet means (4) and an inner peripheral surface of the holding means (7) between 0.2 and 1.4 mm, more preferably between 0.3 and 0, 8mm.
14. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Haltemittel (7) mit den Permanentmagnetmitteln (4) derart Zusammenwirken, dass eine Bewegung der Ankereinheit (3) entlang der Bewegungslängsachse (L) aus der ersten eingefahrenen Stellposition (A) hin zur dritten zwischenliegenden Stellposition (C) wenigstens teilweise und vorzugsweise entlang eines vordefinierten Hubabschnitts (H1 ) der Ankereinheit (3) unterstützt und/oder beschleunigt wird. 14. Device according to one of the preceding claims, wherein the holding means (7) interact with the permanent magnet means (4) in such a way that a movement of the armature unit (3) along the longitudinal axis (L) of movement from the first retracted set position (A) to the third intermediate Adjustment position (C) is supported and / or accelerated at least partially and preferably along a predefined stroke section (H1) of the armature unit (3).
15. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Vorrichtung (10) keine Kraftspeicher oder Federmittel, insbesondere zwischen der Ankereinheit (3) und dem Kernbereich (2) aufweist. 15. Device according to one of the preceding claims, wherein the device (10) has no energy storage or spring means, in particular between the anchor unit (3) and the core area (2).
16. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Vorrichtung (10) ein im Wesentlichen gegenüberliegend zum Kernbereich (2) angeordnetes Führungselement (6) vorzugsweise aus flussleitendem Material aufweist, in welchem die Ankereinheit (3) mittels des Stößels (5) geführt ist. 16. Device according to one of the preceding claims, wherein the device (10) has a guide element (6) arranged essentially opposite the core area (2), preferably made of flow-guiding material, in which the anchor unit (3) is guided by means of the plunger (5) .
17. Vorrichtung nach Anspruch 16, wobei die Haltemittel (7) beabstandet zum oder angrenzend an das Führungselement (6) angeordnet sind. 17. The device according to claim 16, wherein the holding means (7) are arranged at a distance from or adjacent to the guide element (6).
18. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei im unbestromten Zustand der Spulenmittel (1 ) die erste eingefahrene Stellposition (A) durch ein Zusammenwirken der Permanentmagnetmittel (4) mit dem Kernbereich (2) stromlos stabil gehalten wird und/oder wobei im unbestromten Zustand der Spulenmittel (1 ) die zweite ausgefahrene Stellposition (B) durch ein Zusammenwirken der Permanentmagnetmittel (4) mit einem Führungselement (6) der Vorrichtung (10) stromlos stabil gehalten wird. 18. Device according to one of the preceding claims, wherein in the de-energized state of the coil means (1) the first retracted setting position (A) is kept stable in the de-energized state by an interaction of the permanent magnet means (4) with the core area (2) and / or wherein in the de-energized state the coil means (1) the second extended set position (B) is kept stable in the currentless state by the interaction of the permanent magnet means (4) with a guide element (6) of the device (10).
19. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Permanentmagnetmittel (4) scheibenförmige Permanentmagnete aufweisen. 19. Device according to one of the preceding claims, wherein the permanent magnet means (4) have disc-shaped permanent magnets.
20. System aufweisend eine elektromagnetischen Stellvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 19 und einen zugeordneten Stellpartner (11), insbesondere einen Schiebenocken, aufweisend wenigstens eine erste Führungsnut (11a), vorzugsweise eine S-Nut, und eine relativ dazu radial am Stellpartner höher liegende zweite Führungsnut (11 b), vorzugsweise ein X-Nut. 20. System comprising an electromagnetic actuating device according to any one of claims 1 to 19 and an associated actuating partner (11), in particular a sliding cam, comprising at least one first guide groove (11a), preferably an S-groove, and one that is radially higher relative to the actuating partner second guide groove (11 b), preferably an X-groove.
21. Verwendung der elektromagnetischen Stellvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 19 zur Nockenwellenverstellung an einem Verbrennungsmotor eines Kraftfahrzeugs. 21. Use of the electromagnetic adjusting device according to one of claims 1 to 19 for adjusting the camshaft on an internal combustion engine of a motor vehicle.
EP20828528.8A 2019-12-06 2020-12-04 Electromagnetic actuator with intermediate position Pending EP4070346A1 (en)

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