WO2013164309A1 - Elektromagnetische stellvorrichtung - Google Patents

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WO2013164309A1
WO2013164309A1 PCT/EP2013/058903 EP2013058903W WO2013164309A1 WO 2013164309 A1 WO2013164309 A1 WO 2013164309A1 EP 2013058903 W EP2013058903 W EP 2013058903W WO 2013164309 A1 WO2013164309 A1 WO 2013164309A1
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permanent magnet
flux
core
magnetic flux
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PCT/EP2013/058903
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Inventor
Thomas Schiepp
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Eto Magnetic Gmbh
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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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    • F01L2820/00—Details on specific features characterising valve gear arrangements
    • F01L2820/03—Auxiliary actuators
    • F01L2820/031—Electromagnets

Definitions

  • the present invention relates to an electromagnetic actuator according to the preamble of the main claim.
  • Such devices typically used as a pair, take place, for example, in an automotive context, wherein the tappet-like armature unit is designed to engage in a set up for camshaft adjustment of an internal combustion engine control partners.
  • Applicant's DE 102 40 774 discloses such an electromagnetic actuator which can be presumed to be generic.
  • the armature unit has permanent magnet means in the form of a disk-shaped, axially magnetized permanent magnet which can be moved between a stop position determined on the core section and an extended position by energizing the stationary coil unit.
  • the energization and the coil magnetic flux generated by the energization in the core portion causes the displacement of the permanent magnetic flux and the generation of a repulsive force, so that when energized the movement of the armature unit is effected in the direction of its extended position.
  • a simple, large-scale production capability and a high level of reliability in operation associated with a long service life, such, as presupposing assumed electromagnetic actuation principle has proven to be advantageous and proven.
  • Object of the present invention is therefore to provide an electromagnetic actuator according to the preamble of the main claim, in which two or more actuators use, in terms of achievable compactness, in particular a possible minimum distance between the anchor units to improve, while maintaining improved compactness at least constant magnetic To ensure properties (such as with respect to a permanent magnetic holding force on the core sections and / or a repulsive force to move the anchor units).
  • the object is achieved by the electromagnetic actuator with the features of the main claim.
  • Advantageous developments of the invention are described in the subclaims. Further protection within the scope of the invention is claimed for a use according to the independent patent claims 9 and 10.
  • the individual actuators previously provided individually which are to be presupposed as known from the prior art, are combined to form a system optimized in magnetic flux, in which both in the de-energized state of the (at least one) coil unit and in the energized state for driving respective armature units favorable magnetic flux conduction takes place a support of magnetic effectiveness.
  • the respective actuation sections are assigned a common flux guide section in the form of the flux guide unit according to the invention, which operates according to the invention as follows: flows in a non-energized state of the coil unit a permanent magnet flux of the respective two permanent magnet means (of the associated armature units) by the common flux guide unit, so that an optimized adhesion or holding behavior of the respective armature units at the associated core portion is achieved with improved or increased holding forces associated therewith.
  • the flux guide unit used in accordance with the invention and advantageously operates
  • the displacement of the permanent magnet flux of the permanent magnet means of the other armature unit that is, the armature unit not to be moved or not activated, also displaces the permanent magnet flux of the permanent magnet means associated with the armature unit to be moved.
  • the core sections of the armature units are magnetically conductively connected to one another, so that the advantageous permanent flow displacement or reversal of the permanent magnet flux of a non-energized or non-activated core-armature pair to the energized actuator section takes place, in particular in the described activation or energization state can.
  • the number of actuator sections cooperating in this way may also be more than two and the directions of movement of these actuator sections may in principle be arbitrarily aligned with one another
  • an embodiment of the invention nevertheless nevertheless has as particularly favorable and preferred, in which both the anchor units and the core sections are each provided as a pair and aligned so that the respective directions of movement of the armature unit (with possibly formed thereon tappet sections for engaging in an associated control partner) parallel to each other
  • the flux guide unit it is favorable and preferable to arrange the flux guide unit to be provided jointly and adjacent to the core section-anchor unit pairs, either in the manner of a arm-like or web-like section between these actuator pairs, forming a free end or alternatively, for example in the context of a (partially) enclosing housing construction, this flux guide unit as corresponding arm or web-like housing sections in the projectile on the middle and on the shell
  • a housing shell formed from the corresponding flow-conducting material additionally comprises, on a shell section, the advantageous and necessary flux-conducting connection between the at least two core sections according to the invention can realize;
  • a shell-like unit for the realization of this preferred embodiment both end mechanically enclose and hold the two core portions mechanically, as well as provide for the magnetic flux line, at the same time, more preferably in the manner of a mutually réellere- ckenden pair of für Siegsdorfen arm or web-like sections for the realization of the flux guide unit, in one piece and be realized by about suitable suitable for large-scale manufacturability such an advantageous implementation with low manufacturing and assembly costs.
  • preferred embodiment of the invention then makes it possible in a particularly simple and elegant way by appropriate dimensioning of the web-like portion (or appropriate choice of material) to ensure that in the de-energized state of the coil unit, ie the stop state the anchor units at the respectively associated core sections, a permanent magnetic flux flowing in the flux guide unit does not saturate (in other words, a flux-effective cross section of the magnetic flux guide unit must be sufficiently large), so that there is no saturation-related impairment of the permanent magnet flux. magnetic adhesion occurs in this deactivated BestromungsWrit.
  • such a preferred realization form (as well as other possible embodiments of the invention) also makes it possible to design the flux guiding unit or flow-effective cross section such that in the energized state of the coil unit the winding magnetic field of the correspondingly energized coil unit is sufficient to detect the permanent magnetic fluxes of the coil unit Permanent magnet units in this operating state to displace (at least with regard to a significant effect on the acceleration force part of these rivers), so that in the manner described above advantageously a correspondingly displaced flow in addition to the repelling effect can contribute.
  • a shell-like housing configuration for realizing a pair of web-like sections which are furthermore preferably integrally attached thereto and the magnetic flux-conducting connection between the two core sections additionally makes it advantageously possible for an incision or cutout introduced into such a housing shell on the edge side in the region of a core section advantageously (reducing) to lateral forces between the pair of anchor units and further advantageously generates an additional axial force from a certain point of the stroke along the direction of movement of the respective anchor units.
  • a recess or incision (alternatively also be achieved by appropriate material modifications) easy to manufacture and adapt, in addition, this is done in the manner described further influencing the flow and thus the movement behavior of the arrangement.
  • the magnetic Behavior of generic forming permanent actuators significantly increased, which can advantageously be optimized by inventive displacement or redirecting permanent magnetic flux components both an adhesive force of the anchor units, as well as a repulsion behavior. Consistent is the ability to make such units more compact with constant magnetic properties (alternatively, to achieve additional magnetic or dynamic performance in comparison with the prior art constant dimensions).
  • the present invention is not limited to the preferred fields of application in the field of motor vehicle technology, and there in particular the range of adjustment of engines of an internal combustion engine, but rather the present invention is suitable for use in any setting, in which advantageously at least two anchor units independently can be driven by energizing (at least) a coil unit and thus cooperate in the manner described in the invention magnetic flux optimized.
  • 1, 2 shows a schematic view for describing the basic structure and the basic mode of operation of an electromagnetic positioning device according to a first embodiment with two armature units guided parallel to one another in an energized (FIG. 1) and an activation state energized for one of the armature units (FIG. Fig. 2); 3 shows a detailed view of a housing shell for forming both a magnetic flux-conducting connection between a pair of core sections, and for realizing the flux guide unit according to the invention as a pair of arm-like or web-like extending magnetically conductive sections and
  • FIG. 4 perspective views of a variant of an electromagnetic positioning device for the practical implementation of the principle of FIG. 1, FIG. 2 using the shell-like housing of FIG. 3.
  • FIG. 1 illustrates in the schematic representation of the essential, for realizing the invention in the embodiment with two anchor units cooperating functional components:
  • a first anchor unit consisting of a plunger-like anchor body 10 and a disk-like, axially magnetized permanent magnet body 12 is parallel to a second armature unit with an axial direction of movement , analogously consisting of a second plunger-like anchor body 14 and a second permanent magnet disc 16, guided.
  • the first armature unit 10, 12 acts in otherwise known manner and described in DE 102 40 774 of the Applicant together with a first stationary core portion 18 which in turn cooperates magnetically with a first coil unit 20 (which is realized in an otherwise known manner than on a suitable coil support provided winding).
  • the second armature unit 14, 16 acts together with a second stationary core section 22, which in turn is assigned a second coil unit 24.
  • the core sections 18, 22 are connected by a common flux-conducting section 26, which in the embodiment shown schematically-bow-like the respective Core sections at their respective anchor units opposite ends connects.
  • FIG. 1 for schematically illustrating a first principle of the invention a (realized in the practical realization sheet metal) return flow section 28, 30 and a cover unit 32 for guiding the anchor tappets 10, 14 as part of a (not shown) further housing.
  • FIG. 1 illustrates the permanent-magnetic flux curve in such an arrangement in the de-energized state of the coil unit 20, 24: As illustrated by arrows 34 (for the permanent magnet unit 12) and 36 (for the permanent magnet unit 16), permanent magnetic fluxes of both permanent magnet units flow in this adhesion state the Ankererizien at the respective core portions rectified and together by the Flußleitabites 28 and 30, which acts in the manner shown for both permanent magnetic flux circuits and this is assigned together (further advantageous in a symmetrical arrangement in the same spacing, approximately centrally or edge adjacent).
  • FIG. 2 illustrates the energized state of the coil unit 20 for activating (moving) the first armature unit 10, 12 in the direction of the downward arrow 40:
  • Flow arrows 42 illustrate the direction of the magnetic energy generated by the energization of the coil 20 coil flux.
  • This not only displaces the permanent magnetic flux (arrows 34 in FIG. 1) from the sections 28, 30, so that the adhesion of the permanent magnet unit 12 to the core section 18 is virtually canceled, also the coil magnetic flux leads to a displacement of the permanent magnetic flux (arrows 36 in FIG Fig. 1, Fig. 2) from the Flußleitabroughen 28, 30 in the connecting portion 26 and in the opposite (lying below the activated coil 20) core portion 18.
  • Result is, as shown in Fig.
  • a housing element 50 which is realized in one piece from a magnetically conductive sheet metal material in the perspective view is.
  • character- rist of this implementation variant of the invention is in practical use (Fig. 4, Fig. 5 for the structural realization of the overall device without or with illustrated winding) a respective core portion enclosing, circumferential shell portion 52 of the housing of Fig. 3, of which a pair of web-like portions 54, 56 for forming the return flow portions (corresponding to 28 in Fig. 1, 2) extends centrally on both sides.
  • these web-like sections 54, 56 extend parallel to a respective axis of movement of the anchor bodies 10, 14, but in the exemplary embodiment do not lie between them, but are symmetrically and uniformly spaced apart from them. ) adjacent to each other. In the projection onto a plane determined by both movement axes of the anchor units, however, the two web sections 54, 56 would then be equally spaced between these axes.
  • FIGS. 3 to 5 In order to realize the flux guide section 26 (FIG. 1, FIG. 2) connecting the respective core sections 18, 22, the embodiment of FIGS. 3 to 5 comprises a plate 60, which in the manner shown, the arm-like sections 54, 56 on connects respective free end and equally produces a magnetic flux relation to the core sections 18, 22 shown in FIG. 4 (without winding).

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine elektromagnetische Stellvorrichtung mit mindestens zwei jeweils einen Ankerkörper (10, 14) sowie Permanentmagnetmittel (12, 16) daran aufweisenden Ankereinheiten, die gegenüber einem jeweiligen stationären Kernabschnitt (18, 22) und einer den Kernabschnitten zugeordneten Spuleneinheit (20, 24) als Reaktion auf eine Bestromung derselben bewegbar und zum Zusammenwirken mit einem jeweiligen Stellpartner vorgesehen sind, wobei den zwei Kernabschnitten und Ankereinheiten gemeinsam benachbart eine magnetische Flussleiteinheit (28, 30; 54, 56) sich in einer Bewegungsrichtung der Ankereinheiten erstreckend vorgesehen ist, die so ausgebildet und bemessen ist, dass in einem unbestromten Zustand der Spuleneinheit ein Permanent- Magnetfluss (34, 36) der zwei Permanentmagnetmittel durch die Flussleiteinheit fließt, und in einem zum Bewegen einer der Ankereinheiten aktivierten bestromten Zustand der Spuleneinheit (42) ein durch die Bestromung erzeugter Spulenmagnetfluss (42) in der Flussleiteinheit den Permanentmagnetfluss der Permanentmagnetmittel der nicht durch die Bestromung zu bewegenden Ankereinheit aus der Flussleiteinheit zumindest teilweise verdrängt, und die zwei Kernabschnitte so magnetisch flussleitend miteinander verbunden (26) sind, dass in dem bestromten Zustand die Verdrängung des Permanentmagnetflusses zu dem Kernabschnitt der durch die Bestromung zu bewegenden (a) Ankereinheit erfolgt.

Description

Elektromagnetische Stellvorrichtung
Die vorliegende Erfindung betrifft eine elektromagnetische Stellvorrichtung nach dem Oberbegriff des Hauptanspruchs. Derartige Vorrichtungen, typischerweise als Paar eingesetzt, finden beispielsweise in einem automobilen Kontext statt, wobei die stößelartig ausgebildete Ankereinheit zum Eingreifen in einen etwa zur Nockenwellenverstellung eines Verbrennungsmotors eingerichteten Stellpartner ausgerichtet ist. Die DE 102 40 774 der Anmelderin offenbart eine derartige elektromagnetische Stellvorrichtung, die als gattungsbildend vorausgesetzt werden kann. Bei einer derartigen Vorrichtung weist die Ankereinheit Permanentmagnetmittel in Form eines scheibenförmigen, axial magnetisierten Permanentmagneten auf, welcher zwischen einer am Kernabschnitt bestimmten Anschlagposition sowie einer ausgefahrenen Position durch Bestromung der stationären Spuleneinheit bewegt werden kann. Konkret bewirkt die Bestromung und der durch die Bestromung erzeugte Spulenmagnetfluss im Kernabschnitt das Verdrängen des permanentmagnetischen Flusses und das Erzeugen einer abstoßenden Kraft, so dass entsprechend bei Bestromung die Bewegung der Ankereinheit in Richtung auf ihre ausgefahrene Position bewirkt wird. Insbesondere im Hinblick auf eine einfache, großserientaugliche Fertigbarkeit sowie eine hohe Zuverlässigkeit im Betrieb, damit verbunden eine lange Standzeit, hat sich ein derartiges, als gattungsbildend vorausgesetztes elektromagnetisches Stellprinzip als vor- teilhaft herausgestellt und bewährt.
In dem Bestreben, den Aufwand für die Permanentmagneteinheiten zu minimieren, bzw. deren Einsatz (etwa im Hinblick auf das verwendete Material, zu realisierende Halte- bzw. Abstoßungskräfte oder dergleichen) zu optimieren, besteht gleichwohl ein Bedürfnis darin, elektromagnetische Stellvorrichtungen der oberbegrifflichen Art (bei gleichbleibenden magneti- sehen Eigenschaften) kompakter zu gestalten, insbesondere einen permanentmagnetischen Körper zur Realisierung der Permanentmagnetmittel zu verkleinern und damit zu optimieren. Eine derartige Lösung ist insbesondere relevant in einem Einsatzkontext, bei welchem ein Paar (oder mehr als zwei) von aus Ankereinheit, Kernabschnitt und Spule realisierten Aktuatoren nebeneinander angeordnet werden muss, etwa in der Absicht, verschiedene Stellvorgänge an einer Nockenwellensteuerung bzw. -umschaltung durch jeweils zugeordnete, durch Ankereinheiten realisierte Stößel zu ermöglichen (etwa ein Hin- und Zurückstellen eines Stellpart- ners durch zwei verschiedene, dort eingreifende Stößel). Entsprechend besteht das Bedürfnis nach einer möglichst kompakten Realisierung der Aktuatoren, mithin auch nach der oben skizzierten (permanent-) magnetischen Optimierung. Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist daher, eine elektromagnetische Stellvorrichtung nach dem Oberbegriff des Hauptanspruchs, bei welcher zwei oder mehr Aktuatoren Einsatz finden, im Hinblick auf eine erreichbare Kompaktheit, insbesondere einen möglichen Mindestabstand zwischen den Ankereinheiten, zu verbessern, dabei trotz verbesserter Kompaktheit zumindest gleichbleibende magnetische Eigenschaften (etwa im Hinblick auf eine permanentmagnetische Haltekraft an den Kernabschnitten und/oder eine abstoßende Kraft zur Bewegung der Ankereinheiten) zu gewährleisten. Die Aufgabe wird durch die elektromagnetische Stellvorrichtung mit den Merkmalen des Hauptanspruches gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen beschrieben. Weiterer Schutz im Rahmen der Erfindung wird beansprucht für eine Verwendung nach den unabhängigen Patentansprüchen 9 und 10. In erfindungsgemäß vorteilhafter Weise werden die vormals einzeln vorgesehenen, als aus dem Stand der Technik bekannt vorauszusetzenden Einzelaktuatoren zusammengefügt zu einem im Magnetfluss optimierten System, bei welchem sowohl im unbestromten Zustand der (mindestens einen) Spuleneinheit, als auch im bestromten Zustand zum Antreiben jeweiliger Ankereinheiten durch günstige Magnetflussführung eine Unterstützung der magnetischen Wirksamkeit erfolgt.
Erfindungsgemäß vorteilhaft ist zu diesem Zweck den jeweiligen Aktuato- rabschnitten (d.h. jeweiliger Kernabschnitt mit zugeordneter, diesem gegenüber beweglicher Ankereinheit mit Permanentmagnetmitteln) ein gemeinsamer Flussleitabschnitt in Form der erfindungsgemäßen Flussleit- einheit zugeordnet, welcher erfindungsgemäß wie folgt wirkt: In einem unbestromten Zustand der Spuleneinheit fließt ein Permanent- magnetfluss der jeweiligen beiden Permanentmagnetmittel (der zugehörigen Ankereinheiten) durch die gemeinsame Flussleiteinheit, so dass ein optimiertes Haft- bzw. Halteverhalten der jeweiligen Ankereinheiten am zugehörigen Kernabschnitt mit damit verbundenen verbesserten bzw. er- höhten Haltekräften erreicht wird. Wenn dann durch Bestromen der Spuleneinheit (genauer: einer einer Ankereinheit zugehörigen Spule oder Wicklung) die betroffene Ankereinheit aus der Anschlag- und Haftposition am zugehörigen Kernabschnitt in eine ausgefahrene (Stell-) Position bewegt werden soll, bewirkt die erfindungsgemäß und vorteilhaft eingesetzte Flussleiteinheit, dass nicht nur durch die Bestromung der Permanentmag- netfluss des der zu bewegenden Ankereinheit zugehörigen Permanentmagnetmittel aus der Flussleiteinheit verdrängt wird, vielmehr erfolgt auch eine Verdrängung des Permanentmagnetflusses der Permanentmagnetmittel der anderen Ankereinheit, also der nicht zu bewegenden bzw. nicht aktivierten Ankereinheit. Durch die Verdrängung wird dieser Permanent- magnetfluss in den Kernabschnitt des bestromten bzw. zu bewegenden Ankers verdrängt, mit der Wirkung, dass die permanentmagnetische Abstoßungswirkung auf die zu bewegende Ankereinheit zusätzlich erhöht wird, entsprechend die dynamischen Eigenschaften der Ankerbewegung (also etwa eine Reaktionszeit, Abstoßungsbeschleunigung und -geschwindigkeit) zusätzlich und vorteilhaft erhöht werden.
Zu diesem Zweck sind erfindungsgemäß die Kernabschnitte der Ankereinheiten magnetisch leitend miteinander verbunden, damit insbesondere im beschriebenen Aktivierungs- bzw. Bestromungszustand die vor- teilhafte Permanentflussverdrängung bzw. -Umleitung des Permanentmagnetflusses eines nicht bestromten bzw. nicht aktivierten Kern-Anker- Paares zum bestromten Aktuatorabschnitt erfolgen kann.
Während zum Erreichen dieser vorteilhaften Wirkungen im Sinne der Er- findung die Anzahl der derartig zusammenwirkenden Aktuatorabschnitte (d.h. Ankereinheit mit zugehörigem Kernabschnitt) auch mehr als zwei betragen kann und die Bewegungsrichtungen dieser Aktuatorabschnitte prinzipiell beliebig zueinander ausgerichtet sein können, hat sich gleichwohl eine Realisierungsform der Erfindung als besonders günstig und be- vorzugt herausgestellt, bei welcher sowohl die Ankereinheiten als auch die Kernabschnitte jeweils als Paar vorgesehen und so ausgerichtet sind, dass die jeweiligen Bewegungsrichtungen der Ankereinheit (mit ggf. daran ausgebildeten Stößelabschnitten zum Eingreifen in einen zugehörigen Stellpartner) zueinander parallel verlaufen. Bei einer solchen Realisie- rungsform ist es dann einerseits günstig und bevorzugt, die erfindungsgemäß den Kernabschnitt-Ankereinheit-Paaren gemeinsam und benachbart vorzusehende Flussleiteinheit entweder in der Art eines ein freies Ende ausbildenden arm- bzw. stegartigen Abschnitts zwischen diesen Aktua- torpaaren anzuordnen, ergänzend oder alternativ z.B. im Rahmen einer (teilweise) umschließenden Gehäusekonstruktion, diese Flussleiteinheit als entsprechend arm- bzw. stegartige Gehäuseabschnitte in der Projekti- on mittig und mantelseitig an bzw. benachbart der/den jeweiligen Aktuato- rabschnitte anzuordnen.
Gerade letztere Variante bietet den zusätzlichen Vorteil, dass weiterbil- dungsgemäß etwa eine zur Realisierung der Flussleiteinheit gebildete Gehäuseschale aus entsprechend eingerichtetem flussleitenden Material (z.B. einem metallischen Blechmaterial) zusätzlich an einem Schalenabschnitt die erfindungsgemäß vorteilhafte und notwendige flussleitende Verbindung zwischen den mindestens zwei erfindungsgemäßen Kernab- schnitten realisieren kann; auf diese Weise kann dann eine schalenartige Einheit zur Realisierung dieses bevorzugten Ausführungsbeispiels etwa endseitig die beiden Kernabschnitte sowohl mechanisch umfassen und halten, als auch für die magnetische Flussleitung sorgen, gleichzeitig kann dann, weiter bevorzugt in der Art eines sich parallel zueinander erstre- ckenden Paares der weiterbildungsgemäßen arm- bzw. stegartigen Abschnitte zur Realisierung der Flussleiteinheit, einstückig und durch etwa geeignet großserientaugliche Fertigbarkeit eine solche vorteilhafte Realisierung mit geringem Herstellungs- und Montageaufwand realisiert werden.
Eine solche, in der praktischen Realisierung bevorzugte Ausführungsform der Erfindung ermöglicht es dann auch, in besonders einfacher und eleganter Weise durch entsprechende Dimensionierung des stegartigen Abschnitts (bzw. entsprechende Materialwahl), dafür zu sorgen, dass in dem unbestromten Zustand der Spuleneinheit, also dem Anschlagzustand der Ankereinheiten an den jeweils zugehörigen Kernabschnitten, ein in der Flussleiteinheit fließender permanentmagnetischer Fluss nicht in die Sättigung gerät (mit anderen Worten, ein flusswirksamer Querschnitt der magnetischen Flussleiteinheit muss ausreichend groß dimensioniert sein), so dass es zu keiner sättigungsbedingten Beeinträchtigung der permanent- magnetischen Haftwirkung in diesem deaktivierten Bestromungszustand kommt.
Gleichermaßen ermöglicht es auch eine solche bevorzugte Realisierungs- form (wie auch andere mögliche Realisierungsformen der Erfindung), die Flussleiteinheit bzw. einen flusswirksamen Querschnitt so auszugestalten, dass in dem bestromten Zustand der Spuleneinheit das Spulmagnetfeld der entsprechend bestromten Spuleneinheit ausreicht, um die permanentmagnetischen Flüsse der Permanentmagneteinheiten in diesem Be- triebszustand (zumindest im Hinblick auf einen sich auf die Beschleunigungskraft signifikant auswirkenden Teil dieser Flüsse) zu verdrängen, so dass in der vorbeschriebenen Weise vorteilhaft ein entsprechend verdrängter Fluss zusätzlich zur Abstoßungswirkung beitragen kann. Insbesondere eine schalenartige Gehäuseausgestaltung zur Realisierung eines Paares von weiter bevorzugt einstückig daran ansitzenden stegartigen Abschnitten und der magnetisch flussleitenden Verbindung zwischen den zwei Kernabschnitten ermöglicht zusätzlich vorteilhaft, dass ein in eine solche Gehäuseschale randseitig im Bereich eines Kernabschnitts ein- gebrachter Ein- bzw. Ausschnitt sich zusätzlich vorteilhaft (verringernd) auf Querkräfte zwischen dem Paar von Ankereinheiten auswirkt und weiter vorteilhaft eine zusätzliche Axialkraft ab einem bestimmten Punkt des Hubweges entlang der Bewegungsrichtung der jeweiligen Ankereinheiten erzeugt. Nicht nur ist ein derartiger Aus- bzw. Einschnitt (alternativ etwa auch durch entsprechende Materialmodifikationen zu erreichen) einfach herstell- und anpassbar, zusätzlich erfolgt hierdurch in der beschriebenen Weise eine weitere Beeinflussung des Fluss- und damit des Bewegungsverhaltens der Anordnung. Im Ergebnis wird durch die erfindungsgemäße Vorrichtung in konstruktiv überraschend einfacher und großserientauglicher Weise das magnetische Verhalten gattungsbildender Permanentstellglieder signifikant erhöht, wobei vorteilhaft durch erfindungsgemäßes Verdrängen bzw. Umleiten permanentmagnetischer Flusskomponenten sowohl eine Haftkraft der Ankereinheiten, als auch ein Abstoßungsverhalten optimiert werden kann. Konsequent ist die Möglichkeit, bei gleichbleibenden magnetischen Eigenschaften derartige Einheiten kompakter zu gestalten (alternativ bei gegenüber dem Stand der Technik gleichbleibenden Dimensionen zusätzliche magnetische bzw. dynamische Leistungsfähigkeit zu erreichen). Dabei ist die vorliegende Erfindung nicht auf die bevorzugten Einsatzgebiete im Bereich der Kraftfahrzeugtechnik, und dort insbesondere den Bereich der Verstellung von Aggregaten eines Verbrennungsmotors beschränkt, vielmehr bietet sich die vorliegende Erfindung zum Einsatz für jedweden Stellzweck an, bei welchem vorteilhaft mindestens zwei An- kereinheiten unabhängig voneinander durch Bestromen (mindestens) einer Spuleneinheit angetrieben werden können und so in der erfindungsgemäß beschriebenen Weise magnetflussoptimiert zusammenwirken.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele sowie anhand der Zeichnungen; diese zeigen in:
Fig. 1 , Fig. 2: eine Schemaansicht zum Beschreiben des Prinzipaufbaus und der prinzipiellen Wirkungsweise einer elektro- magnetischen Stellvorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform mit zwei parallel zueinander geführten Ankereinheiten in einem unbestromten (Fig.1 ) sowie einem für eine der Ankereinheiten bestromten Aktivierungszustand (Fig. 2); Fig. 3: eine Detailansicht einer Gehäuseschale zum Ausbilden sowohl einer magnetischen flussleitenden Verbindung zwischen einem Paar von Kernabschnitten, als auch zur Realisierung der erfindungsgemäßen Flussleiteinheit als Paar von sich arm- bzw. stegartig erstreckenden magnetisch leitenden Abschnitten und
Fig. 4, Fig. 5: Perspektivdarstellungen einer Variante einer elektro- magnetischen Stellvorrichtung zur praktischen Umsetzung des Prinzips von Fig. 1 , Fig. 2 unter Nutzung des schalenartigen Gehäuses von Fig. 3.
Die Fig. 1 verdeutlicht in der Schemadarstellung die wesentlichen, zur Realisierung der Erfindung am Ausführungsbeispiel mit zwei Ankereinheiten zusammenwirkenden Funktionskomponenten: Eine erste Ankereinheit bestehend aus einem stößelartigen Ankerkörper 10 und einem scheibenartigen, axial magnetisierten Permanentmagnetkörper 12 ist mit einer axialen Bewegungsrichtung parallel zu einer zweiten Ankereinheit, analog bestehend aus einem zweiten stößelartigen Ankerkörper 14 und einer zweiten Permanentmagnetscheibe 16, geführt. Die erste Ankereinheit 10, 12 wirkt dabei in ansonsten bekannter und in der DE 102 40 774 der Anmelderin beschriebenen Weise zusammen mit einem ersten stationären Kernabschnitt 18, welcher wiederum magnetisch zusammenwirkt mit einer ersten Spuleneinheit 20 (welche in ansonsten bekannter Weise realisiert ist als auf einem geeigneten Spulenträger vorgesehene Wicklung). Analog wirkt die zweite Ankereinheit 14, 16 zusammen mit einem zweiten stationären Kernabschnitt 22, welchem wiederum eine zweite Spuleneinheit 24 zugeordnet ist. In der in der Fig. 1 gezeigten Weise sind die Kernabschnitte 18, 22 verbunden durch einen gemeinsamen Flussleitabschnitt 26, welcher im gezeigten Ausführungsbeispiel schematisch-bügelartig die jeweiligen Kernabschnitte an ihren den zugehörigen Ankereinheiten entgegengesetzten Enden verbindet.
Zusätzlich zeigt die Fig. 1 zum schematischen Verdeutlichen eines ersten Erfindungsprinzips einen (in der praktischen Realisierung blechartig realisierten) Rückflussabschnitt 28, 30 sowie eine Deckeleinheit 32 zum Führen der Ankerstößel 10, 14 als Teil eines (nicht gezeigten) weiteren Gehäuses. Die Fig. 1 verdeutlicht den permanentmagnetischen Flussverlauf in einer solchen Anordnung im unbestromten Zustand der Spuleneinheit 20, 24: Wie durch Pfeile 34 (für die Permanentmagneteinheit 12) bzw. 36 (für die Permanentmagneteinheit 16) verdeutlicht, fließen permanentmagnetische Flüsse beider Permanentmagneteinheiten in diesem Haftzustand der An- kereinheiten an den jeweiligen Kernabschnitten gleichgerichtet und gemeinsam durch den Flussleitabschnitt 28 bzw. 30, welcher in der gezeigten Weise für beide permanentmagnetische Flusskreise wirkt und diesen gemeinsam zugeordnet ist (weiter vorteilhaft bei symmetrischer Anordnung auch in gleicher Beabstandung, etwa mittig bzw. randseitig benach- bart). Durch diese vorteilhafte Flussführung mittels der Elemente 28, 30 zeigt sich eine gegenüber einer von derartigen Abschnitten 28, 30 freien Anordnung deutlich erhöhte Haftkraft der jeweiligen Ankereinheiten 10, 12 bzw. 14, 16 an den zugehörigen Kernabschnitten 18 bzw. 22. In einer exemplarischen Realisierung würde sich eine typische Haftkraft von etwa 2 bis 3 N ohne die Rückflusseinheiten 28, 30 beim erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel auf ca. 8 bis 10 N bei ansonsten gleichbleibenden geometrischen magnetischen Bedingungen sowie Bestromungsstärken erhöhen (Ergebnis einer Simulation). Die dicken schwarzen Pfeile verdeutlichen die beschriebene Anschlagposition an den Kernabschnitten. Gegenüber der Fig. 1 verdeutlicht die Fig. 2 den bestromten Zustand der Spuleneinheit 20 zum Aktivieren (Bewegen) der ersten Ankereinheit 10, 12 in der Richtung des abwärts gerichteten Pfeils 40: Flusspfeile 42 verdeutlichen die Richtung des durch die Bestromung der Spule 20 erzeugten magnetischen Spulenflusses. Dieser verdrängt nicht nur den permanentmagnetischen Fluss (Pfeile 34 in Fig. 1 ) aus den Abschnitten 28, 30, so dass die Haftung der Permanentmagneteinheit 12 am Kernabschnitt 18 faktisch aufgehoben wird, auch führt der Spulenmagnetfluss zu einer Verdrängung des permanentmagnetischen Flusses (Pfeile 36 in Fig. 1 , Fig. 2) aus den Flussleitabschnitten 28, 30 in den Verbindungsabschnitt 26 und in den gegenüberliegenden (unterhalb der aktivierten Spule 20 liegenden) Kernabschnitt 18. Ergebnis ist, wie in der Fig. 2 gezeigt, damit nicht nur die abstoßende Wirkung des Spulenmagnetflusses 42 auf die Permanentmagnetmittel 12, zusätzlich wirkt, insoweit diese Abstoßung verstär- kend, der verdrängte bzw. umgeleitete Permanentmagnetfluss 36 der Permanentmagnetmittel 16, in der in der Fig. 2 gezeigten Weise umgeleitet in den ersten Kernabschnitt 18, zusätzlich antreibend und beschleunigend auf die erste Ankereinheit 10, 12. Entsprechend ist das magnetische sowie das dynamische Verhalten der in den Fig. 1 , 2 gezeigten Anordnung sowohl im unbestromten Zustand (Fig. 1 ), als auch im bestromten Zustand der Spuleneinheit (Fig. 2) synergetisch und optimiert, wobei die Flussleit- abschnitte 28, 30 bei diesem Realisierungsbeispiel der Erfindung diese vorteilhaften Wirkungen erzeugen. Anhand der Fig. 3 bis 5 wird ein Beispiel zur konstruktiven Realisierung dieses Ausführungsbeispiels gezeigt. Wesentliches Element, insbesondere zur Realisierung der Rückschlussfunktionalität 28, 30 in Fig. 1 , 2, gleichermaßen zur Realisierung der magnetflussmäßigen Verbindung (26) zwischen den Kernabschnitten ist dabei ein Gehäuseelement 50, welches am Ausführungsbeispiel einstückig aus einem magnetisch leitenden Blechmaterial realisiert in der Perspektivdarstellung gezeigt ist. Charakte- ristisch für diese Umsetzungsvariante der Erfindung ist ein im praktischen Einsatz (Fig. 4, Fig. 5 für die konstruktive Realisierung der Gesamtvorrichtung ohne bzw. mit dargestellter Wicklung) einen jeweiligen Kernabschnitt umschließender, umlaufender Schalenabschnitt 52 des Gehäuses der Fig. 3, von welchem sich beidseits mittig ein Paar von steg- bzw. armartigen Abschnitten 54, 56 zum Ausbilden der Rückflussabschnitte (entsprechend 28 in Fig. 1 , 2) erstreckt. Wie diesbezüglich die Fig. 4 bzw. 5 erkennen lassen, erstrecken sich diese stegartigen Abschnitte 54, 56 parallel zu einer jeweiligen Bewegungsachse der Ankerkörper 10, 14, liegen jedoch im Ausführungsbeispiel nicht zwischen diesen, sondern, symmetrisch und gleichmäßig beabstandet, diesen (mantel-)seitig benachbart. In der Projektion auf eine durch beide Bewegungsachsen der Ankereinheiten bestimmte Ebene würden gleichwohl die beiden Stegabschnitte 54, 56 dann gleich beabstandet zwischen diesen Achsen liegen.
Zur Realisierung des Flussleitabschnittes 26 (Fig. 1 , Fig. 2), welcher die jeweiligen Kernabschnitte 18, 22 verbindet, weist das Ausführungsbeispiel der Fig. 3 bis 5 eine Platte 60 auf, welche in der gezeigten Weise die armartigen Abschnitte 54, 56 am jeweiligen freien Ende verbindet und glei- chermaßen eine magnetische Flussbeziehung zu den in Fig. 4 (ohne Bewicklung) gezeigten Kernabschnitten 18, 22 herstellt.
Gut zu erkennen in den Fig. 3 bis 5 sind die beidends endseitig und einander gegenüberliegend im Schalenbereich 52 gebildeten Ausschnitte 58, welche sich als bevorzugte Weiterbildungen zusätzlich vorteilhaft auf das Stell- und Bewegungsverhalten der Ankereinheiten (bzw. auch das Vermindern einer gegenseitigen Beeinflussung dieser Ankereinheiten) auswirken.

Claims

Patentansprüche
1 . Elektromagnetische Stellvorrichtung mit
mindestens zwei jeweils einen Ankerkörper (10, 14) sowie Permanentmagnetmittel (12, 16) daran aufweisenden Ankereinheiten, die gegenüber einem jeweiligen stationären Kernabschnitt (18, 22) und einer den Kernabschnitten zugeordneten Spuleneinheit (20, 24) als Reaktion auf eine Bestromung derselben bewegbar und zum Zu- sammenwirken mit einem jeweiligen Stellpartner vorgesehen sind, dadurch gekennzeichnet, dass den zwei Kernabschnitten und Ankereinheiten gemeinsam benachbart eine magnetische Flussleiteinheit (28, 30; 54, 56) sich in einer Bewegungsrichtung der Ankereinheiten erstreckend vorgesehen ist, die so ausgebildet und bemessen ist, dass
in einem unbestromten Zustand der Spuleneinheit ein Permanent- Magnetfluss (34, 36) der zwei Permanentmagnetmittel durch die Flussleiteinheit fließt,
und in einem zum Bewegen einer der Ankereinheiten aktivierten bestromten Zustand der Spuleneinheit (42) ein durch die Bestromung erzeugter Spulenmagnetfluss (42) in der Flussleiteinheit den Permanentmagnetfluss der Permanentmagnetmittel der nicht durch die Bestromung zu bewegenden Ankereinheit aus der Flussleiteinheit zumindest teilweise verdrängt,
und die zwei Kernabschnitte so magnetisch flussleitend miteinander verbunden (26) sind, dass in dem bestromten Zustand die Verdrängung des Permanentmagnetflusses zu dem Kernabschnitt der durch die Bestromung zu bewegenden Ankereinheit erfolgt. Vorrichtung nach Anspruch 1 ,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Ankereinheiten so vorgesehen sind, dass ihre jeweiligen Bewegungsrichtungen sich parallel zueinander erstrecken und die Flussleiteinheit (50) mindestens einen stegartigen Abschnitt (54, 56) aufweist, der sich parallel zu den Bewegungsrichtungen, von einem jeweiligen der Kernabschnitte bis zu den jeweiligen Ankereinheiten, erstreckt.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet,
dass die einen stegartigen Abschnitt ausbildende Flussleiteinheit (50) einends, den Ankereinheiten benachbart, ein offenes Ende ausbildet.
Vorrichtung nach Anspruch 3,
dadurch gekennzeichnet,
dass der stegartige Abschnitt sich zwischen den Kernabschnitten und/oder zwischen den Ankereinheiten erstreckt.
Vorrichtung nach Anspruch 3,
dadurch gekennzeichnet,
dass der stegartige Abschnitt, bevorzugt als Paar (54, 56) von zueinander parallel ausgerichteten stegartigen Abschnitten, von beiden Ankereinheiten in einem gleichen Abstand benachbart und mantelseitig von diesen sowie den zugehörigen Kernabschnitten beabstandet vorgesehen ist. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
dadurch gekennzeichnet,
dass die mindestens eine, bevorzugt querschnittlich flach und/oder als Blechabschnitt realisierte stegartige Flussleiteinheit (50) so dimensioniert und eingerichtet ist, dass in dem unbestromten Zustand der Permanentmagnetfluss der zwei Permanentmagnetmittel keine magnetische Flusssättigung in der Flussleiteinheit hervorruft.
Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 3,
dadurch gekennzeichnet,
dass der mindestens eine stegartige Abschnitt als Abschnitt einer die zwei Kernabschnitte insbesondere mantelseitig umschließenden, magnetisch leitenden Schale (50) und/oder Gehäuseeinheit realisiert ist.
Vorrichtung nach Anspruch 7,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Schalen im Bereich eines der Kernabschnitte den betreffenden anderen der Kernabschnitte abgewandt einen Ausschnitt (58), Einschnitt und/oder einen in einer Materialdicke reduzierten Abschnitt aufweist.
Verwendung der elektromagnetischen Stellvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8 zur Realisierung einer Verstelleinheit für ein Verbrennungsmotoraggregat und/oder eine Verbrennungsmotorfunktionalität, wobei insbesondere der Stellpartner als Nockenwel- lenverstelleinheit des Verbrennungsmotors ausgebildet ist.
Verwendung der Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8 zur Realisierung eines Hydraulik- oder Pneumatikventils.
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