WO2014086535A1 - Elektromagnetische stellvorrichtung - Google Patents

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WO2014086535A1
WO2014086535A1 PCT/EP2013/072737 EP2013072737W WO2014086535A1 WO 2014086535 A1 WO2014086535 A1 WO 2014086535A1 EP 2013072737 W EP2013072737 W EP 2013072737W WO 2014086535 A1 WO2014086535 A1 WO 2014086535A1
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coil
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units
permanent magnet
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PCT/EP2013/072737
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Timo Rigling
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Eto Magnetic Gmbh
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    • H01F7/081—Magnetic constructions

Definitions

  • the present invention relates to an electromagnetic actuator according to the preamble of the main claim.
  • a device is known from WO 2010/063394 A1 of the applicant and describes a coil means having core unit, which is designed to interact with relative to the core unit movably guided anchor means in response to energization of the coil means.
  • the anchor means comprise a plurality of ram units which each have permanent magnet means at their end directed towards the core unit.
  • it is thus possible to selectively drive individual ones of the ram units, in that the core unit repels, by the electromagnetically generated flow, a respective one of the permanent magnet units.
  • an opposite movement of, for example, a pair of plunger units can be realized.
  • an electromagnetic actuator device for camshaft adjustment has prevailed.
  • Such a technology makes it possible, in particular, to intervene by means of a ram unit driven in the manner described above into a positioning groove of an adjusting cam or the like of the engine assembly designed to cooperate with the ram end, thus effecting camshaft adjustment.
  • a positioning groove then also allows the return of an extended ram unit back into a stop position on the core unit after the end of the energization.
  • the object of the present invention is therefore to provide an electromagnetic actuator device for simultaneously driving (moving) a plurality of ram units from a starting position into an engagement position (for example offered by a camshaft adjustment), which is structurally simple to implement and simplifies in assembly and maintenance ,
  • the present invention is intended to be particularly suitable for a context of use (intended use) in an internal combustion engine.
  • the object is achieved by the electromagnetic actuator device having the features of the main claim; Advantageous developments of the invention are described in the subclaims.
  • the generic technology is further developed in that the plurality of plunger units with their permanent magnet means end-to-end cooperate with a (possibly multi-part) end face of the core unit which is homopolar for each of the associated plunger units, ie each time has a same polarity.
  • the present invention differs in principle from the used as a generic educated WO 2010/066394, since the local design and geometric conditions inevitably lead to the fact that for the respective the ram units associated end faces of different pole end faces of the core unit are assigned.
  • the invention property " Dermatpolig" with respect to the end face (s) of the core unit does not mean that it is immutable during any operating phases of the electromagnetic actuator device according to the invention in the absence of electromagnetic flux in the core unit) a first (permanently magnetically generated) polarity is impressed into the end face (s) of the core unit by the effect of the permanent magnet means of the respective tappet units, since in this respect the core unit is part of a permanent magnetic flux circuit in the no-current (rest)
  • the polarity of the end face acts repulsively against the respective permanent magnet means of the ram unit and thus drives it from its starting position on the core unit into an engagement position of the respective associated setting partner.
  • the permanent magnet means (typically realized as permanent-magnetic disks, which are provided on one or both ends with suitable flux-conducting disk elements) have axially equidirectional permanent magnetization, in other words, between one direction the permanent magnetization of the plurality of adjacently provided permanent magnets of the respective ram units there is no directional difference.
  • the coil unit realized as a single coil form an axially and centrally extending portion of the core unit enclosing.
  • a compact, easily produced and magnetically powerful unit is produced, with the (uniformly polar) end face preferably protruding axially from an enclosed or overlapping region of the coil ,
  • a guide element guide portion
  • a guide section as part of a closed about the housing magnetic circuit, inside not only offers a stop for the permanent magnet means of the respective ram units, but also, realize by a suitable permanent magnetic adhesive effect, a bistability for the de-energized case can.
  • the core unit In the preferred structural-geometric configuration of the core unit, it is on the one hand further education and preferably provided to form the core unit as a single, further preferably integrally realized core element. This can then engage with the above-described axial center section in the (surrounded) coil, at the same time have a extending out of the coil and radially widening section, which then end- or frontally realized the same pole end face of the core unit.
  • Such an embodiment of the invention in turn, combines design simplicity and thus ease of manufacture and assembly with favorable electromagnetic or flux-guiding properties, so that for both operating states - in the de-energized adhesive state of the tappet units and in the movement or extended state of the tappet units - Each optimized flow conditions are present.
  • such a configuration, widened with respect to the end face, of the core unit makes it possible to produce a respective plurality of magnetic flux circuits corresponding to the plurality of tappet units, which are guided approximately radially-edge-sided to a housing section provided correspondingly there and then closed via the housing can be.
  • Such an advantageous effect can also be realized by an alternative embodiment of the core unit by means of a plurality of core elements, wherein according to this embodiment, the (same pole) end face can be realized by a plurality of more preferably flat or plate-like core elements, which, more preferably, the magnetic associated or cooperating permanent magnet elements of the plunger units appropriately aligned and / or dimensioned, allow an optimization of the mechanical, geometric and magnetic conditions in the Aktuatorvorrich- tion.
  • the majority of the core elements eg plate-like, permanent magnet means adapted to a circumferential contour
  • suitable flux-guiding means in the form of transverse or bridge pieces of suitably magnetically flux-conducting material, so that, analogously to the above-described principle of a one-piece or one-piece core element, the same magnetic effect can be realized with a core composed of a plurality of elements or components.
  • the flux guiding means thus advantageously cause a magnetic flux distribution into the core elements when the coil is energized, wherein in preferred implementations an air gap is formed between the core elements (core end pieces).
  • the coil unit upstream or associated drive means to design so that they can make the energization in only one polarity, namely that polarity, which in the manner described above when activated the repulsion of the plurality causes the ram units to effect the simultaneous-parallel movement.
  • the advantageous unipolar configuration of the energization does not mean that, nevertheless, alternative polarity reversal can be performed for the purpose of assisting a reset, but this is usually not necessary for core applications of the present invention.
  • the present invention is thus outstandingly suitable for realizing a camshaft adjustment with a plurality of suitably engaging ram units, the present invention combining design simplicity and high operational reliability with favorable maintenance and assembly characteristics, in particular providing the opportunity for having substantially standardized ones Components synchronous and parallel movable plunger movements can be realized.
  • Fig. 1 is an end view of the electromagnetic actuator according to a first embodiment of the invention with a multi-part core unit;
  • FIG. 2 shows a longitudinal sectional view along the section line AA in the view of FIG. 1 in the de-energized state of the coil unit (a) or in the energized state and extended in an engaged position ram units (b); different views of the core unit in the embodiment of Fig. 1, Fig. 2; an end view analogous to Figure 1 of an electromagnetic actuator according to a second embodiment of the invention with a one-piece core unit.
  • FIG. 3 shows along the section line AA in FIG. 4 for clarifying a currentless (a) or energized (b) state of the coil unit in a longitudinal section
  • FIG. 6 shows different views of the core unit of the second exemplary embodiment according to FIG. 4, FIG. 5 ,
  • a cylindrical core element 10 of the multipart core unit 12 shown in detail in FIG. 3 is enclosed on the shell side by a coil 16 wound on a coil carrier 14 and engages at one end in a disc-shaped bottom section 18 of a housing 20 of the positioning device shown in FIGS first embodiment.
  • this magnetically conductive with a transversely to the axial direction (vertical direction in the figure representation of FIG. 2) extending connecting or bridge piece 22 is connected, in turn turn plate-shaped (Fig. 3) core end pieces 24, 26 engage as a pair of magnetically conductive. At the end, these form an iW in a common end face of the core unit 12 lying transversely to the longitudinal axis.
  • each of the permanent magnet assemblies has a disk-shaped axially magnetized permanent magnet 34 axially covered on both sides by a magnetic flux-conducting disk 36, 38.
  • the permanent magnetization of the respective permanent magnet assemblies 34, 36, 38 of the two plunger units 30, 32 is directed axially equal, wherein in the representation shown in Fig. 2, the permanent magnetic south pole is directed upwards and toward the core unit 12.
  • a return to the starting position of Fig. 2 (a) takes place in the described embodiment in that the control grooves (not shown) by cooperating with the engaging ends 42 of the plunger 30, 32 move them back towards the core unit 12, wherein from a certain stroke then the situation shown in Fig. 2 (a) - energized - occurs, in which by permanent magnet action of the discs 34, the anchor units are pulled back to the core unit or its end face.
  • the reset can take place without current supply (in particular even without reversed current supply) of the coil 16, even if, according to the training and alternatively, such a polarity reversal can possibly also support the reset.
  • Fig. 3 illustrates with its front view (a), its rear view (d) and their tilted by 90 ° to each other side views (b) and (c) structural details of the multi-part core unit of the first embodiment.
  • the plate-like elements 24, 26 are aligned in the radial diameter and corresponding to the permanent magnet assemblies 34, 36, 38, so far as the magnetic flux conditions are optimized, it can be done compact and space-saving. It is advantageous both for manufacturing and assembly reasons, as well as for reasons of reliable magnetic flux, the plate-shaped core elements 24, 26 with central projections in adapted holes or through holes. intervene fractures of the bridge element 22, as illustrated in particular the sectional views of Figures 2 (a) and (b).
  • this one-piece core unit 50 is integrally formed in Figure 1.
  • this one-piece core unit includes a center portion 52, to which a pair of radially widened core portions 54 connects, which, in turn provided with a conical shape 56, the end face a gleichpolare surface for cooperation with the plunger units 30, 32 and forming permanent magnet assemblies 34, 36, 38 thereon.
  • the one-piece core unit shown in FIG. 6 from various views achieves the same geometry and functionality as the unit assembled from individual parts of the first embodiment, and also the operation when the coil 16 is energized.

Abstract

Die Erfindung betrifft eine elektromagnetische Aktuatorvorrichtung mit einer Spulenmittel (16) aufweisenden Kerneinheit (12;50), die zum Zusammenwirken mit relativ zur Kerneinheit beweglich geführten Ankermitteln (34, 36, 38, 32, 30) als Reaktion auf eine Bestromung der Spulenmittel ausgebildet ist, wobei die Ankermittel eine Mehrzahl von räumlich voneinander beabstandeten, gleichzei- tig antreibbaren Stößeleinheiten (30,32) aufweisen, denen jeweils in Richtung auf die Kerneinheit Permanentmagnetmittel (34) zugeordnet sind, die eine Permanentmagnetisierung entlang einer jeweiligen Bewegungslängsachse der Stößeleinheiten aufweisen, wobei die Mehrzahl der parallel zueinander antreibbaren Stößeleinheiten mit einer gleichpoligen Stirnfläche der Kerneinheit mag- netisch zusammenwirkt und die Permanentmagnetmittel eine axial gleichgerichtete Permanentmagnetisierung aufweisen.

Description

Elektromagnetische Steifvorrichtung
Die vorliegende Erfindung betrifft eine elektromagnetische Stellvorrichtung nach dem Oberbegriff des Hauptanspruchs. Eine derartige Vorrichtung ist aus der WO 2010/063394 A1 der Anmelderin bekannt und beschreibt eine Spulenmittel aufweisende Kerneinheit, die zum Zusammenwirken mit relativ zur Kerneinheit beweglich geführten Ankermitteln als Reaktion auf eine Bestromung der Spulenmittel ausgebildet ist. Die Ankermittel weisen eine Mehrzahl von Stößeleinheiten auf, welche jeweils an ihrem auf die Kerneinheit gerichteten Ende Per- manentmagnetmittel aufweisen. Als Reaktion auf die Bestromung der Kerneinheit und die für diese Bestromung gewählte Polarität ergibt sich so die Möglichkeit, selektiv einzelne der Stößeleinheiten anzutreiben, indem die Kerneinheit, durch den elektromagnetisch erzeugten Fluss, eine jeweilige der Permanentmagneteinheiten abstößt. Auch lässt sich so, je nach Ausgestaltung der Vor- richtung, eine gegenläufige Bewegung etwa eines Paares von Stößeleinheiten realisieren.
Gerade in einem Kontext von Verbrennungsmotoren für Automobile hat sich eine elektromagnetische Aktuatorvorrichtung zur Nockenwellenverstellung durchgesetzt. Eine derartige Technologie ermöglicht es insbesondere, durch eine in der vorbeschriebenen Weise angetriebene Stößeleinheit in eine geeignet zum Zusammenwirken mit dem Stößelende ausgebildete Stellnut eines Verstellnockens oder dergleichen Motoraggregats einzugreifen und so die Nockenwellenverstellung zu bewirken. Dabei ermöglicht eine derartige Stellnut dann auch das Zurückführen einer ausgefahrenen Stößeleinheit zurück in eine Anschlagposition an der Kerneinheit nach Beendigung Bestromung.
Als aus dem Stand der Technik, etwa dem oben eingeführten gattungsbildenden Stand der Technik, ist es zusätzlich als bekannt voraus zu setzen, dass eine Mehrzahl von Stößeleinheiten für eine Nockenwellenverstellung benutzt wird. So ist es etwa möglich, eine erste der Stößeleinheiten zur Nockenwellenverschiebung entlang einer ersten axialen Richtung und eine zweite der Stößeleinheiten zum axialen Zurückführen einer entsprechend verstellten Nockenwel- leneinheit zu benutzen. Dabei ist es einerseits als bekannt vorauszusetzen, jeder dieser Stößeleinheiten einen eigenen elektromagnetischen Aktuator zuzuordnen, wobei diese Aktuatoren dann entsprechend einem jeweiligen Einsatzzweck getaktet bzw. bestromt werden. Der zitierte gattungsbildende Stand der Technik gemäß WO 2010/063394 beschrieb darüber hinausgehend bereits die Möglichkeit, als Reaktion auf die Bestromung lediglich einer einzelnen Spule (bzw. einer Anordnung von Spulen) eine Mehrzahl von Stößeleinheiten gleichzeitig bzw. gemeinsam zu bewegen. Insbesondere ist hier auch die Möglichkeit offenbart, die Mehrzahl von Stößeleinheiten (also etwa ein Paar von einander benachbarten geführten Stößeln) simultan und gleichgerichtet zu bewegen, wobei dies jedoch voraussetzt, dass entsprechend den Polaritätsbedingungen am beschriebenen bogen- bzw. U-förmigen Jochbereich entsprechende, ausgewählte bzw. zugeordnete Polaritätsbedingungen der Permanentmagnetmittel relativ zu einem jeweiligen Joch- Kernabschnitt gelten müssen.
Entsprechend ist eine Realisierung einer Mehrstößel-Technologie aufwändig und bringt darüber hinaus Schwierigkeiten in der genauen Zuordnung während der Montage. Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine elektromagnetische Ak- tuatorvorrichtung zum simultanen Antreiben (Bewegen) einer Mehrzahl von Stößeleinheiten aus einer Ausgangslage in eine (etwa von einer Nockenwellenverstellung angebotenen) Eingriffslage zu schaffen, welche konstruktiv einfach realisierbar und in Montage und Wartung vereinfacht ist. Dabei soll sich die vor- liegende Erfindung insbesondere für einen Einsatzkontext (Verwendungszweck) in einem Verbrennungsmotor eignen.
Die Aufgabe wird durch die elektromagnetische Aktuatorvorrichtung mit den Merkmalen des Hauptanspruchs gelöst; vorteilhafte Weiterbildungen der Erfin- dung sind in den Unteransprüchen beschrieben. In erfindungsgemäß vorteilhafter Weise wird dabei die gattungsbildende Technologie dahingehend weiterentwickelt, dass die Mehrzahl der Stößeleinheiten mit ihren jeweils endseitig ansitzenden Permanentmagnetmitteln zusammen- wirkt mit einer (ggf. auch mehrteilig zusammengesetzten) Stirnfläche der Kerneinheit, welche für jede der zugeordneten Stößeleinheiten gleichpolig ist, d.h. zu jeweiligen Zeitpunkten jeweils eine gleiche Polarität aufweist.
Insoweit unterscheidet sich die vorliegende Erfindung grundsätzlich von der als gattungsbildend herangezogenen WO 2010/066394, da ja die dortigen konstruktiven und geometrischen Bedingungen zwangsläufig dazu führen, dass für die den jeweiligen der Stößeleinheiten zugeordneten Stirnflächen verschieden- polige Stirnflächen der Kemeinheit zugeordnet sind. Die Erfindungseigenschaft„gleichpolig" im Hinblick auf die Stirnfläche(n) der Kerneinheit bedeutet dabei nicht, dass diese während jeglicher Betriebsphasen der erfindungsgemäßen elektromagnetischen Aktuatorvorrichtung unveränderlich ist. So ist es insbesondere von der Erfindung umfasst, dass etwa in einem unbestromten Zustand der Spulenmittel (und dadurch bei fehlendem elektro- magnetischem Fluss in der Kerneinheit) durch Wirkung der Permanentmagnetmittel der jeweiligen Stößeleinheiten eine erste (permanentmagnetisch erzeugte) Polarität in die Stirnfläche(n) der Kerneinheit eingeprägt wird, da insoweit die Kerneinheit Teil eines permanentmagnetischen Flusskreises im unbestromten (Ruhe-)Zustand ist. Wird dagegen durch die erfindungsgemäße Bestromung der Spulenmittel ein elektromagnetischer Fluss in der Kerneinheit erzeugt, wirkt dieser erfindungsgemäß so (und ist so im Hinblick auf die Polarität der Bestromung eingerichtet), dass die gemeinsame, einheitliche (= gleichpolige) Polarität der Stirnfläche abstoßend gegen die jeweiligen Permanentmagnetmittel der Stößeleinheit wirkt und so diese aus ihrer Ausgangslage an der Kemeinheit in eine Eingriffslage des jeweils zugeordneten Stellpartners treibt. Erfindungsgemäß wird dies zusätzlich dadurch ermöglicht, dass die Permanentmagnetmittel (typischerweise realisiert als permanentmagnetische Scheiben, welche weiterbildungsgemäß ein- oder beidends mit geeigneten flussleitenden Scheibenelementen versehen bzw. bedeckt sind) eine axial gleichge- richtete Permanent-Magnetisierung aufweisen, mit anderen Worten, zwischen einer Richtung der Permanent-Magnetisierung der Mehrzahl an der benachbart vorgesehenen Permanentmagneten der jeweiligen Stößeleinheiten kein Richtungsunterschied besteht. Dies führt dann erfindungsgemäß dazu, dass als Reaktion auf die Bestromung die Mehrzahl der Stößeleinheiten gleichzeitig, syn- chron und parallel zueinander bewegt und angetrieben wird, wobei der erfindungsgemäße Begriff„parallel" im Hinblick auf die angetriebenen Stößeleinheiten nicht bedeutet, dass die Stößeleinheiten auch entlang ihres jeweiligen, gesamten Hubwegs kontinuierlich bewegt werden - im Rahmen jeweiliger Ausgestaltungen der Erfindung ist es beispielsweise denkbar, dass, etwa aufgrund verschiedener Nuttiefen oder dergleichen Bedingungen am Eingriffspartner, die Stößeleinheiten verschiedene Bewegungshübe bis zu einer Eingriffsposition vollführen.
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung, wiederum in grundsätz- lieh struktureller Abkehr vom geometrischen Realisierungsprinzip der gattungsbildenden Technologie gemäß WO 2010/063394, ist es vorgesehen und vorteilhaft, die als Einzelspule realisierte Spuleneinheit einen sich axial und mittig erstreckenden Abschnitt der Kerneinheit umschließend auszubilden. Wird dann diese Anordnung von einem geeigneten, etwa becherförmigem bzw. hohlzylind- rischen Gehäuse umschlossen, entsteht so eine kompakte, leicht herzustellende und magnetisch leistungsfähige Einheit, wobei bevorzugt und wiederum weiterbildungsgemäß die (gleichpolige) Stirnfläche axial aus einem umschlossenen bzw. Überdeckungsbereich der Spule herausragt. Wiederum alternativ oder ergänzend ist es im Rahmen einer bevorzugten Weiterbildung vorgesehen, ein (solches) Gehäuse stirnseitig mittels eines Führungselements (Führungsabschnitts) zu verschließen, welches dann vorteilhaft zum einen Führungen für die Mehrzahl der Stößeleinheiten anbieten kann (wobei dann mit einem jeweiligen endseitigen Eingriffsabschnitt die Stößeleinheiten aus diesen Führungen he- raustreten können), zum anderen ein solcher Führungsabschnitt, als Teil eines etwa durch das Gehäuse geschlossenen magnetischen Kreises, innenseitig nicht nur einen Anschlag für die Permanentmagnetmittel der jeweiligen Stößeleinheiten anbietet, sondern auch, durch eine geeignete permanentmagnetische Haftwirkung, eine Bistabilität für den unbestromten Fall realisieren kann.
In der bevorzugten konstruktiv-geometrischen Ausgestaltung der Kerneinheit ist es zum einen weiterbildungsgemäß und bevorzugt vorgesehen, die Kemeinheit als einzelnes, weiter bevorzugt einstückig realisiertes Kernelement auszubilden. Dieses kann dann mit dem vorbeschriebenen axialen Mittenabschnitt in die (umgebene) Spule eingreifen, gleichzeitig einen sich aus der Spule heraus erstreckenden und radial verbreiternden Abschnitt aufweisen, welcher dann end- bzw. stirnseitig die gleichpolige Stirnfläche der Kerneinheit realisiert. Eine derartige Ausgestaltung der Erfindung verbindet wiederum konstruktive Ein- fachheit und damit leichte Herstellbar- und Montierbarkeit mit günstigen elektromagnetischen bzw. Flussführungseigenschaften, so dass für beide Betriebs- zustände - in unbestromten Haftzustand der Stößeleinheiten und im Bewe- gungs- bzw. ausgefahrenen Zustand der Stößeleinheiten - jeweils optimierte Flussverhältnisse vorliegen.
Insbesondere ermöglicht es eine solche, im Hinblick auf die Stirnfläche verbreiterte Ausgestaltung der Kerneinheit, entsprechend der Mehrzahl der Stößeleinheiten eine jeweilige Mehrzahl von magnetischen Flusskreisen zu erzeugen, welche etwa radial-randseitig zu einem entsprechend dort vorgesehenen Ge- häuseabschnitt geführt und dann über das Gehäuse geschlossen werden können.
Eine derartige vorteilhafte Wirkung ist auch durch eine alternative Ausgestaltung der Kerneinheit mittels einer Mehrzahl von Kernelementen realisierbar, wobei gemäß dieser Realisierungsform die (gleichpolige) Stirnfläche durch eine Mehrzahl von weiter bevorzugt flachen bzw. tellerartigen Kernelementen realisiert werden kann, welche, weiter bevorzugt, den magnetisch zugeordneten bzw. zusammenwirkenden Permanentmagnetelementen der Stößeleinheiten entsprechend ausgerichtet und/oder bemessen, eine Optimierung der mechanischen, geometrischen und magnetischen Verhältnisse in der Aktuatorvorrich- tung ermöglichen. Wiederum zur einfachen Realisierung der Gleichpoligkeit ist es bevorzugt, die Mehrzahl der (z.B. tellerartigen, an eine Umfangskontur zu- geordneten Permanentmagnetmittel angepasster) Kemeiemente durch geeignete Flussleitmittel etwa in Form von Quer- oder Brückenstücken aus geeignet magnetisch flussleitendem Material zu verbinden, so dass, analog zum vorbeschriebenen Prinzip eines einteiligen bzw. einstückigen Kernelements, dieselbe magnetische Wirkung mit einem aus mehreren Elementen bzw. Komponenten zusammengesetzten Kern realisiert werden kann.
Bei beiden Ausgestaltungen bewirken die Flussleitmittel damit vorteilhaft eine magnetische Flussaufteilung in die Kernelemente bei bestromter Spule, wobei in bevorzugten Realisierungen zwischen den Kernelementen (Kernendstücken) ein Luftspalt gebildet ist.
Aus der vorstehenden Diskussion der Vorteile der vorliegenden Erfindung gegenüber dem gattungsbildenden Stand der Technik ergibt sich zusätzlich, dass für die Aktivierung der Mehrzahl der Stößeleinheiten eine (z.B. impulsförmige) Bestromung einer einzigen Polarität ausreicht. Gemäß bevorzugter Weiterbildungen der Erfindung ist es dabei insbesondere auch vorgesehen, der Spuleneinheit vorgeschaltete bzw. zugeordnete Ansteuermittel so auszugestalten, dass diese die Bestromung auch nur in lediglich einer Polarität vornehmen können, nämlich derjenigen Polarität, welche in der vorbeschriebenen Weise bei Aktivierung das Abstoßen der Mehrzahl der Stößeleinheiten zum Bewirken der simultan-parallelen Bewegung hervorruft. Dagegen ist es etwa, auch wiederum in Abgrenzung zum gattungsbildenden Stand der Technik, nicht notwendig, eine Umpolung der Spulenmittel vorzusehen (diesem liegt insbesondere der typische Einsatzfall zugrunde, dass das Zurückstellen der Mehrzahl der Stößeleinheiten aus ihrer Eingriffsposition zurück in die Anschlag- bzw. Anlageposition an der Kerneinheit durch Wirkung entsprechend ausgebildeter Eingriffsnuten auf die Stößeleinheiten erfolgt; dies muss nicht notwendigerweise den vollständigen Rück-Hub abdecken vielmehr würde ab einer vorbestimmten Rückstellposition, bei unbestromten Spulenmitteln, die Permanentmagnetwirkung der an den Stößeleinheiten ansitzenden Permanentmagnetmitteln eine entsprechende Anzie- hungs- und Rückstellkraft im Zusammenwirken mit der Kerneinheit bewirken). Weiterbildungsgemäß bewirkt etwa auch eine geeignete Konusform der (ein- oder mehrteilig ausgebildeten) Kerneinheit eine Optimierung auch von permanentmagnetischen Flusskreisen im Hinblick auf eine Rückstellung der Stößeleinheiten.
Die vorteilhafte und weiterbildungsgemäße unipolare Ausgestaltung der Bestromung bedeutet nicht, dass trotzdem in alternativen Weiterbildungen eine zum Zweck einer Unterstützung eines Zurückstellens durchzuführende umgepolte Bestromung erfolgen kann, diese ist jedoch für Kernanwendungen der vorliegenden Erfindung üblicherweise nicht notwendig. Im Ergebnis eignet sich damit die vorliegende Erfindung in herausragender Weise zur Realisierung einer Nockenwellenverstellung mit einer Mehrzahl von geeignet eingreifenden Stößeleinheiten, wobei die vorliegende Erfindung konstruktive Einfachheit und hohe Betriebssicherheit mit günstigen Wartungs- und Montageeigenschaften kombiniert, insbesondere die Gelegenheit dafür bietet, dass mit weitgehend standardisierten Komponenten synchrone und parallel bewegliche Stößelbewegungen realisiert werden können.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele sowie an- hand der Zeichnung; diese zeigen in:
Fig. 1 eine stirnseitige Ansicht auf die elektromagnetische Stellvorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung mit mehrteiliger Kerneinheit;
Fig. 2 eine Längsschnittansicht entlang der Schnittlinie A-A in der Ansicht der Fig. 1 in unbestromtem Zustand der Spuleneinheit (a) bzw. im bestromten Zustand und bei in eine Eingriffsstellung ausgefahrenen Stößeleinheiten (b); verschiedene Ansichten der Kerneinheit im Ausführungsbeispiel der Fig. 1 , Fig. 2; eine Stirnansicht analog Fig. 1 einer elektromagnetischen Stellvorrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung mit einstückiger Kerneinheit;
Ansichten analog Fig. 3 entlang der Schnittlinie A-A in Fig. 4 zum Verdeutlichen eines unbestromten (a) bzw. bestromten (b) Zustande der Spuleneinheit im Längsschnitt und Fig. 6 verschiedene Ansichten der Kerneinheit des zweiten Ausführungsbeispiels gemäß Fig. 4, Fig. 5.
Ein zylindrisches Kernelement 10 der mehrteilig ausgebildeten und in Fig. 3 im Detail dargestellten Kerneinheit 12 ist von einer auf einem Spulenträger 14 gewickelten Spule 16 mantelseitig umschlossen und greift einends in einen scheibenförmigen Bodenabschnitt 18 eines Gehäuses 20 der in den Figuren 1 bis 3 gezeigten Stellvorrichtung der ersten Ausführungsform.
An dem Gehäuseboden 18 axial entgegengesetzten Ende des Kernelements 10 ist dieses magnetisch leitend mit einem sich quer zur axialen Richtung (Vertikal- richtung in der Figurendarstellung der Fig. 2) erstreckenden Verbindungs- bzw. Brückenstück 22 verbunden, in welches wiederum tellerartig geformte (Fig. 3) Kernendstücke 24, 26 als Paar magnetisch leitend greifen. Endseitig bilden diese eine i.W. in einer gemeinsamen, quer zur Längsachse verlaufenden Ebene liegende Stirnfläche der Kemeinheit 12 aus. Das in den Figuren 1 bis 3 gezeigte erste Ausführungsbeispiel realisiert eine elektromagnetische Aktuatorvorrichtung mit einer Mehrzahl von zwei parallel zueinander in einem axial der Bodenfläche 18 gegenüberliegenden Führungsstück 28 geführten Stößeleinheiten 30, 32, wobei diese langgestreckten Stößel 30, 32 zusammen mit einer relativ zum Stößeldurchmesser verbreiterten Permanentmagnet-Baugruppe jeweilige Ankereinheiten ausbilden, welche entlang bzw. parallel zur axialen Richtung relativ zur Kerneinheit 12 beweg- und antreibbar sind. Genauer gesagt weist jede der Permanentmagnet-Baugruppen einen scheibenförmigen, axial magnetisierten Permanentmagneten 34 auf, der axial beidseits von einer magnetisch flussleitenden Scheibe 36, 38 bedeckt ist. Erfindungsgemäß ist die Permanentmagnetisierung der jeweiligen Permanentmagnet-Baugruppen 34, 36, 38 der beiden Stößeleinheiten 30, 32 axial gleich gerichtet, wobei in der in Fig. 2 gezeigten Darstellung der permanentmagnetische Südpol oben und in Richtung auf die Kerneinheit 12 gerichtet ist.
Diese Anordnung aus (stationärer) Kerneinheit mit zugeordneter stationärer Spuleneinheit 14, 16 samt diesem gegenüber axial beweglich geführten Stößel- / Permanentmagneteinheiten ist mantelseitig umschlossen von einer magnetisch leitenden, hohlzylindrischen Gehäuseschale 40, welche etwa in dem in Fig. 2 (a) gezeigten unbestromten Zustand der Spulenwicklung 16 einen Per- manentmagnetfluss der jeweiligen Permanentmagnetscheiben 34 radial über die Scheiben 38 und die radial konusförmig ausgebildeten Kernabschnitte 24, 26 schließt. Insoweit zeigt die in Fig. 2 (a) als N-polig gezeigte gemeinsame (gleichpolige) Polarität der aus den Einheiten 24, 26 gebildeten Kern-Stirnfläche eine durch die Permanentmagneten 34 eingeprägte Permanent- Magnetisierung.
Wird dann, wie im unmittelbaren Vergleich in Fig. 2 (b) gezeigt, eine Bestro- mung in die Spulenwicklung 16 eingebracht, ändert sich durch Elektromagnet- Wirkung die gemeinsame Polarität an der Stirnfläche der Kerneinheit („S" in der Fig.), so dass auf die Permanentmagnetscheiben 34 der Stößeleinheiten 30 bzw. 32 eine abstoßende Kraft (in der Figurenebene der Fig. 2 abwärts) ausgeübt wird. Dies führt bis zu dem in Fig. 2 (b) gezeigten ausgefahrenen Zustand (Eingriffszustand) der Stößeleinheiten 30, 32 welche mit jeweiligen endseitigen Eingriffsabschnitten 42 in (nicht gezeigte) Steuernuten einer durch die Stellvorrichtung zu betätigenden Nockenwellen-Verstellvorhchtung eingreifen. Es zeigt sich zudem aus der Fig. 2 (b), dass in der ausgefahrenen Position ein jeweiliger permanentmagnetischer Flusskreis über den Gehäusemantel 40 bzw. das stirnseitige Führungs- und Abschlusselement 28 geschlossen wird, so dass durch Permanentmagnetkraft die Ankereinheiten in der in Fig. 2 (b) gezeigten Position haften, insoweit auch in einem unbestromten Zustand der Spuleneinheit eine stromlos-stabile ausgefahrene Position realisiert werden kann.
Eine Zurückführung in die Ausgangsposition der Fig. 2 (a) erfolgt beim beschriebenen Ausführungsbeispiel dadurch, dass die (nicht gezeigten) Steuernuten durch Zusammenwirken mit den Eingriffsenden 42 der Stößel 30, 32 diese in Richtung auf die Kerneinheit 12 zurückbewegen, wobei ab einem gewissen Hub dann die in Fig. 2 (a) - unbestromt - gezeigte Situation auftritt, in welcher durch Permanentmagnetwirkung der Scheiben 34 die Ankereinheiten zurück an die Kerneinheit bzw. deren Stirnfläche gezogen werden. Dies bedeutet, dass im bevorzugten Ausführungsbeispiel das Zurückstellen ohne eine Bestromung (insbesondere auch ohne eine umgepolte Bestromung) der Spule 16 gesche- hen kann, auch wenn, weiterbildungsgemäß und alternativ, eine derartige Umpolung gegebenenfalls auch das Zurückstellen unterstützen kann.
Die Fig. 3 verdeutlicht mit ihrer stirnseitigen Ansicht (a), ihrer rückwärtigen Ansicht (d) und ihren um 90° zueinander verkippten Seitenansichten (b) und (c) konstruktive Details der mehrteiligen Kerneinheit des ersten Ausführungsbeispiels. Es zeigt sich, dass die tellerartigen Elemente 24, 26 fluchtend und im radialen Durchmesser entsprechend an die Permanentmagnet-Baugruppen 34, 36, 38 angepasst sind, so dass insoweit die magnetischen Flussverhältnisse optimiert sind, dabei kompakt und platzsparend vorgegangen werden kann. Dabei ist es sowohl aus Herstellungs- und Montagegründen, als auch aus Gründen zuverlässigen Magnetflusses vorteilhaft, die tellerförmigen Kernelemente 24, 26 mit mittigen Vorsprüngen in angepasste Bohrungen bzw. Durch- brüche des Brückenelements 22 eingreifen zu lassen, wie dies insbesondere die Schnittansichten der Figuren 2 (a) bzw. (b) verdeutlichen.
Das zweite Ausführungsbeispiel der Figuren 4 bis 6 beschreibt, bei ansonsten gleicher konstruktiver Realisierung der elektromagnetischen Stellvorrichtung, eine alternative Ausgestaltung der Kerneinheit. Bei den nachfolgend zu beschreibenden konstruktiven Details des zweiten Ausführungsbeispiels gemäß Fig. 4 bis Fig. 6 zeichnen dabei im Vergleich zum ersten Ausführungsbeispiel (Fig. 1 bis 3) identische Bezugszeichen identische bzw. äquivalente Baugrup- pen, so dass für die weitere Beschreibung lediglich eine Diskussion der abweichend realisierten Kerneinheit erfolgt.
Wie insbesondere die Schnittansichten der Figuren 5 (a) bzw. (b) erkennen lassen, ist die Kerneinheit 50 in Figur 1 einstückig ausgebildet. Entsprechend der Baugruppe 10 des ersten Ausführungsbeispiels enthält diese einstückige Kerneinheit einen Mittenabschnitt 52, an welchen sich ein Paar radial verbreiterter Kernabschnitte 54 anschließt, welche, wiederum mit einer Konusform 56 versehen, stirnseitig eine gleichpolare Fläche zum Zusammenwirken mit den Stößeleinheiten 30, 32 bzw. den daran ansitzenden Permanentmagnet-Baugruppen 34, 36, 38 ausbilden. Insoweit erreicht die in Fig. 6 aus verschiedenen Ansichten (wiederum analog der Fig. 3) dargestellte einstückige Kerneinheit dieselbe Geometrie und Funktionalität wie die aus Einzelteilen zusammengesetzte Einheit des ersten Ausführungsbeispiels, und auch die Funktionsweise bei Bestro- mung der Spule 16 ist entsprechend.
Während die vorliegenden Ausführungsbeispiele als zylindrische Spulen mit einer einen Kernabschnitt umgreifenden Einzelspule dargestellt wurden und damit ein Paar von Stößeleinheiten synchron und parallel angetrieben werden konnte, ist die vorliegende Erfindung nicht auf diese Konfigurationen be- schränkt. Vielmehr ist sowohl eine Mehrzahl von mehr als zwei Stößeleinheiten antreibbar, als auch eine andere Geometrie der Kerneinheit, der Gehäuseform und der Führungen vorstellbar, so dass die vorliegende Erfindung, über den beschriebenen und bevorzugten Anwendungsfall der Nockenwellenverstellung hinaus, nahezu beliebigen Einsatzwecken zugeführt werden kann.

Claims

Ansprüche
1. Elektromagnetische Aktuatorvorrichtung mit
einer Spulenmittel (16) aufweisenden Kerneinheit (12;50), die zum Zusammenwirken mit relativ zur Kerneinheit beweglich geführten Ankermit- tein (34,36,38,32,30) als Reaktion auf eine Bestromung der Spulenmittel ausgebildet ist,
wobei die Ankermittel eine Mehrzahl von räumlich voneinander beabstandeten, gleichzeitig antreibbaren Stößeleinheiten (30,32) aufweisen, denen jeweils in Richtung auf die Kerneinheit Permanentmagnetmittel (34) zugeordnet sind, die eine Permanentmagnetisierung entlang einer jeweiligen Bewegungslängsachse der Stößeieinheiten aufweisen, dadurch gekennzeichnet, dass
die Mehrzahl der parallel zueinander antreibbaren Stößeleinheiten mit einer gleichpoligen Stirnfläche der Kerneinheit magnetisch zusammenwirkt
und die Permanentmagnetmittel eine axial gleichgerichtete Permanentmagnetisierung aufweisen.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1 ,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Stößeleinheiten in einem ein bevorzugt zylindrisches, die Spulenmittel umschließendes Gehäuse (18,40) stirnseitig begrenzenden Führungselement (28) und/oder Führungsabschnitt geführt sind.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Spulenmittel eine einen Abschnitt (10;52) der Kernmittel umschließende Einzelspule (14, 16) aufweisen und die gleichpolige Stirnfläche a- xial aus einem Überdeckungsbereich der Einzelspule herausragt.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet, dass,
die Kernmittei ein einzelnes Kernelement (50) aufweisen, welches einen sich zur Stirnfläche hin verbreiternden/s Durchmesser und/oder Querschnittsmaß aufweist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Stirnfläche mit einer der Mehrzahl der Stößeleinheiten entsprechenden Mehrzahl von Kernelementen (24,26) realisiert ist, die über Flussleitmittel (22) mechanisch und einen Elektromagnetfluss der Spulenmittel flussleitend miteinander verbunden sind.
Vorrichtung nach Anspruch 5,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Kernelemente (24,26) tellerartig ausgebildet und/oder koaxial und/oder fluchtend auf einen zugehörigen, radial bezogen auf die Stößeleinheiten verbreiterten Permanentmagnetkörper (34) der Permanentmagnetmittel ausgerichtet sind.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Kernmittel, insbesondere im Bereich der Stirnfläche, einen Konusabschnitt ausbilden.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 7,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Flussleitmittel eine magnetische Flussaufteilung in die Kernelemente bewirken, wobei bevorzugt zwischen den Kernelementen ein Luftspalt ausgebildet ist.
9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8,
dadurch gekennzeichnet, dass
den Spulenmitteln elektrische Ansteuermittel zugeordnet sind, die zum Ansteuern und/oder Aktivieren der unipolar eingerichteten Bestromung ausgebildet sind.
10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Spulenmittel zur einpoligen Bestromung ausgebildet sind und insbesondere den Spulenmitteln keine Mittel zur Umpolung der Bestromung vorgeschaltet oder zugeordnet sind.
1 1. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Stößeleinheiten zum Zusammenwirken mit einem Verbrennungsmotoraggregat, insbesondere zum Schalten oder Betätigen einer Nocken- wellenverstelleinheit eines Verbrennungsmotors, ausgebildet sind.
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