EP2050107B1 - Elektromagnetische stellvorrichtung - Google Patents

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EP2050107B1
EP2050107B1 EP07786506A EP07786506A EP2050107B1 EP 2050107 B1 EP2050107 B1 EP 2050107B1 EP 07786506 A EP07786506 A EP 07786506A EP 07786506 A EP07786506 A EP 07786506A EP 2050107 B1 EP2050107 B1 EP 2050107B1
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EP
European Patent Office
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displacement member
actuating element
permanent magnet
actuator
region
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EP07786506A
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English (en)
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Thomas Golz
Achim Riedle
Uwe Wagner
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ETO Magnetic GmbH
Original Assignee
ETO Magnetic GmbH
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Publication date
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    • H01F7/08—Electromagnets; Actuators including electromagnets with armatures
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    • H01F7/1646—Armatures or stationary parts of magnetic circuit having permanent magnet
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    • 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
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    • 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
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    • H01F7/08—Electromagnets; Actuators including electromagnets with armatures
    • H01F7/127—Assembling

Definitions

  • the invention relates to an electromagnetic actuating device according to the preamble of claim 1.
  • Such devices are well known, for example, as actuators with electro-magnets and are used for a variety of applications.
  • the basic principle is that an actuating element in the form of a piston, which has an engagement region for the intended setting task, is guided in a housing as an armature between a stationary core region and a bearing element acting as a yoke and can be actuated by means of an electromagnet provided approximately in the core region ,
  • the housing is designed to conduct the magnetic flux in order to close the magnetic circuit together with the yoke acting as a bearing element.
  • the adjusting element is integrally formed from a soft magnetic material.
  • the soft magnetic material By the soft magnetic material, the magnetic field lines are bundled, whereby the magnetic field is amplified in the region of the actuating element, which in turn faster switching times can be realized.
  • a disadvantage of the known adjusting device is that the unavoidable on the likewise formed from the soft magnetic material engagement region of the actuating element with low strength acting mechanical loads during the execution of Verstellauf inter lead to increased wear of the actuating element in the engagement area.
  • an injection valve which has an electromagnetic actuator for opening, which moves the valve needle against the force of the closing spring in its open position when excited.
  • an electromagnetic actuator for opening, which moves the valve needle against the force of the closing spring in its open position when excited.
  • a tubular extension part made of non-magnetic (austenitic) material is produced.
  • a device having reduced or interrupted magnetic resistance in localized areas to avoid a magnetic short circuit.
  • the element consisting of magnetizable iron material is converted by local heating from the ferritic microstructure state into the austenitic state and stabilized by rapid cooling in this non-magnetizable microstructural state.
  • the DE 196 50 710 A1 describes a magnetic body made of a single material with a ferromagnetic portion of high magnetism and a non-magnetic or similar portion, whereby the joining of various materials by soldering or welding is avoided.
  • the DE 44 14 168 A1 relates to a method for connecting two workpieces, with which a composite component, such as a piston for internal combustion engines, is produced.
  • the piston consists of a piston head, a piston skirt and a ring carrier manufactured as Umgussring, the piston head is made for example of ceramic, Austenitsichem gray cast iron or a high-strength Al alloy, the piston skirt of an aluminum piston alloy.
  • the invention has for its object to form a generic electromagnetic actuator while maintaining short switching times robust.
  • the invention is based on the idea to divide the actuator into two sections and to optimize the first portion in the region of the permanent magnet means, preferably radially within the permanent magnet means in terms of magnetic conductivity, ie form this section such that the magnetic field lines as high accelerations of the actuator and thus strongly bundled in order to amplify the magnetic field acting on the adjusting element of the coil device and thereby the highest possible accelerations of the adjusting element and thus realize short switching times.
  • the second section of the actuating element according to the invention comprises the end-side engagement region of the actuating element. This is not optimized with regard to the magnetic conductivity, but with regard to its strength in order to withstand the mechanical loads acting on it as long as possible, without damage.
  • an electromagnetic actuator Due to the subdivision of the actuator according to the invention into said two sections, of which the coil device side first section is optimized in terms of magnetic conductivity and the engaging portion portion with respect to its wear behavior, an electromagnetic actuator is obtained which guarantees both short switching times and a long life on the one hand , These properties are particularly for the use of the electromagnetic actuator according to the invention in motor vehicles, for example, as a camshaft hub switching or as a valve actuator of decisive advantage.
  • the second section that is to say the section optimized with respect to its wear behavior, extends into the bearing element acting as a yoke.
  • the bearing portion of the actuating element is thus wear-optimized and can absorb the frictional forces acting on it during a translatory adjustment movement without damage.
  • the two sections of the actuating element are preferably made of different interconnected actuator elements of different Materials realized.
  • the actuator is not integral, but preferably formed in two pieces, wherein the first, coil device side actuator element, in particular by its choice of material, is optimized in terms of magnetic conductivity and the engagement area side actuator element is wear-optimized.
  • the choice of different materials to optimize the corresponding properties of the two actuator elements is advantageous because usually the demands for high magnetic conductivity and high mechanical strength are diametrically opposed.
  • the two actuator elements are not only, for example, spring-assisted to each other, but are rotatably connected to each other to ensure a synchronous movement of the composite of the two actuator elements actuator.
  • the first actuator element is formed of soft magnetic material in order to achieve an extreme bundling of the magnetic field lines.
  • Soft magnetic materials are characterized by their easy magnetization.
  • both metallic and ceramic soft magnetic materials can be used to form the first actuator element part.
  • ferromagnetic metals such as iron, cobalt and nickel are suitable.
  • ferrites based on metal oxides can also be used.
  • this is formed for example of austenitic material.
  • Austenite has a cubic-face-centered structure, with the hardness of austenite enormously, especially by cold deformation can be increased. Austenite is not ferromagnetic and is therefore not suitable for the formation of the first actuator element part.
  • the two actuator elements are arranged adjacent to each other in the axial direction.
  • the two actuator elements are directly adjacent to each other.
  • Such an embodiment is manufacturing technology advantageous because the two actuator elements only need to be connected to each other frontally.
  • the two actuator elements are not axially, but radially adjacent to each other.
  • the second, that is to say the engagement area-side actuating element part is formed as the first actuating element part, encompassing in sections, for example shrunk or pressed on, sleeve.
  • the sleeve is closed at the front to protect the free end face of the actuating element against damage. If, on the other hand, the second actuating element part is formed only as a sleeve open on both sides, then the engagement region of the actuating element is formed by the lateral surface, in particular by radial depressions in the lateral surface.
  • the two actuator elements can be positively connected to each other, in particular to ensure a rotationally fixed connection.
  • the actuating element preferably consists of soft magnetic material, wherein the second, wear-optimized portion of a, in particular by heat treatment, hardened portion of the actuating element is formed.
  • FIG. 1 an electromagnetic adjustment device 1 is shown, which interacts with a control partner, not shown, in particular a camshaft Hubumscrien actuated.
  • the electromagnetic adjustment device 1 comprises a hollow cylindrical, magnetically conductive sleeve element 2, within which an elongated piston-shaped actuating element 3 is arranged.
  • the actuator 3 passes through a non-rotatably mounted on this permanent magnet assembly 4, which consists of a central, cylindrical soft iron disk 5 and on both sides of this arranged permanent magnet 6a, 6b with a larger diameter, but smaller thickness.
  • the actuator 3 is movably guided between a stationary core region 7 and a sleeve-shaped, acting as a yoke bearing element 8, wherein the bearing element 8 is sealingly in a correspondingly measured hollow cylindrical recess 9 of a support 10, for example, a motor block section, out.
  • the core region 7 is part of a coil device, not shown, which is arranged in the left half of the drawing within the socket element 2 and the energizing by generating a magnetic field adjusting to the Actuating element 3, in particular away from the core region 7, acts.
  • actuator 3 is made in two parts. It comprises a first actuating element part 3a, which is arranged in the region of the permanent magnet arrangement 4, and an axially adjacent second actuating element part 3b, which is guided inside the bearing element 8.
  • the second actuating element part 3b comprises an end even in the retracted state of the actuating element 3 from the bearing element 8 projecting engagement portion 11, which acts acting on the adjusting partner, not shown.
  • the two actuator elements 3a, 3b are positively, rotatably connected to each other and laser welded together at their ends.
  • the positive connection is realized with axially interlocking connecting portions 12a, 12b, via which a torque in the circumferential direction between the two actuating element parts 3a, 3b in the circumferential direction is transferable.
  • the connecting portions 12a, 12b of the actuator parts 3a, 3b are arranged alternately in the circumferential direction.
  • the first actuator element 3a is made of soft iron and the right in the drawing plane, the engaging portion 11 comprehensive second actuator element 3b is formed of cold-formed austenite and therefore has a high mechanical strength.
  • Fig. 2 the detail A is off Fig. 1 shown enlarged.
  • a section of the bearing element 8 wherein at the permanent magnet assembly 4 facing end face 13 a circumferentially closed annular bead 14 with a rounded end face is provided, wherein the annular bead 14 is arranged coaxially with a radial distance to the adjusting element 3 and to the second actuating element part 3b.
  • the extension of the annular bead 14 in the axial direction is about 3.0 mm.
  • the annular bead 14 forms a stop or an abutment for the permanent magnet 6b of the permanent magnet assembly 4.
  • the annular bead 14 is disposed radially within an outer peripheral wall 15 of the bearing element 8 and projects beyond this by about 0.3 mm.
  • the inner diameter of the circumferential wall 15 is greater than the maximum outer diameter of the permanent magnet arrangement 4.
  • actuating element 3 In Fig. 3 a possible further embodiment of an actuating element 3 is shown.
  • the illustrated control element 3 consists of two approximately equally long actuator elements 3a, 3b, which are frontally adjacent to each other and are welded together.
  • the contact surface 16 of the two actuating element parts 3a, 3b has a larger area than the axially immediately adjacent section of the actuating element parts 3a, 3b.
  • the two actuating element parts 3a, 3b are welded together, for example friction welded, capacitor discharge welded or laser welded.
  • the left in the drawing plane actuator element 3a is optimized in terms of its magnetic conductivity and formed of soft magnetic material, wherein the first actuator element 3a, the cylindrical permanent magnet assembly 4 is formed by passing.
  • the second actuator element 3b is formed of mechanically strong, hard material, so that it is optimized with respect to its wear properties. Due to the large distance to the core region 7, the magnetic properties of the second actuator element 3b do not matter.
  • a second sleeve-shaped actuator element 3b is provided with higher mechanical strength, wherein the second actuator element 3b the Engagement region 11 forms.
  • the sleeve-shaped actuator element 3b is shrunk or pressed onto the first actuator element 3a, for example. Gluing is also conceivable.
  • the sleeve may also be designed to be closed at the end so as to likewise protect the end face 17 of the actuating element 3 from mechanical loads.
  • Fig. 5 is the permanent magnet assembly 4 in the axial direction positively received in a circumferential groove 18 of the actuating element 3.
  • the adjusting element 3 is integrally formed, wherein the adjusting element 3 is made continuously of soft magnetic material.
  • the actuator 3 is subdivided into a first permanent magnet side uncured portion 19 and a bearing portion and the engagement portion 11 comprehensive second hardened portion 20. By curing the second portion 20 of the actuating element 3, the actuating element 3 in the area within the bearing element 8 and in the engagement portion 11th wear-optimized.
  • FIG. 6 The embodiment shown is an enlarged view of the actuating element. 3 according to Fig. 1 , Regarding the details, please refer to the description Fig. 1 directed.

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Description

  • Die Erfindung betrifft eine elektromagnetische Stellvorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1.
  • Derartige Vorrichtungen sind beispielsweise als Stellvorrichtungen mit Elektrohaftmagneten hinlänglich bekannt und werden für eine Vielzahl von Einsatzzwecken genutzt. Das Grundprinzip besteht darin, dass ein als Kolben ausgebildetes Stellelement, welches endseitig einen Eingriffsbereich für die vorgesehene Stellaufgabe aufweist, in einem Gehäuse als Anker zwischen einem stationären Kernbereich und einem als Joch wirkenden Lagerelement geführt ist und mittels eines etwa im Kernbereich vorgesehenen Elektromagneten betätigt werden kann. Üblicherweise ist das Gehäuse den magnetischen Fluss leitend ausgebildet, um den magnetischen Kreis zusammen mit dem als Joch wirkenden Lagerelement zu schließen.
  • In der DE 102 40 774 A1 der Anmelderin ist eine elektromagnetische Stellvorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1 beschrieben. Bei der bekannten Stellvorrichtung ist das Stellelement einstückig aus einem weichmagnetischen Werkstoff ausgebildet. Durch das weichmagnetische Material werden die magnetischen Feldlinien gebündelt, wodurch das magnetische Feld im Bereich des Stellelementes verstärkt wird, wodurch wiederum schnellere Schaltzeiten realisiert werden können. Nachteilig bei der bekannten Stellvorrichtung ist jedoch, dass die unvermeidlich auf den ebenfalls aus dem weichmagnetischen Werkstoff ausgebildeten Eingriffbereich des Stellelements mit geringer Festigkeit wirkenden mechanischen Belastungen während der Ausführung von Verstellaufgaben zu einem erhöhten Verschleiß des Stellelementes im Eingriffsbereich führen.
  • Aus der DE 102 40 774 A1 der Anmelderin ist als Stand der Technik weiterhin eine nicht gattungsgemäße elektromagnetische Stellvorrichtung bekannt, die anstelle von Permanentmagnetmitteln eine Rückstellfeder aufweist. Bei dieser Vorrichtung ist das Stellelement dreistückig ausgebildet. Die dreistückige Ausbildung ist bei der bekannten Vorrichtung notwendig, um ein Widerlager für die Rückstellfeder zu bilden. Als Widerlager dient das mittlere Teilstück der bekannten Stellvorrichtung.
  • Aus der DE 196 01 019 A1 ist ein Einspritzventil bekannt, das zur Öffnung eine elektromagnetische Betätigungseinrichtung aufweist, die bei Erregung die Ventilnadel gegen die Kraft der Schließfeder in ihre Offenstellung bewegt. Um einen magnetischen Kurzschluss zwischen dem Anker und dem Auslassteil auszuschließen, ist ein rohrförmiges Verlängerungsteil aus unmagnetischem (austenitischem) Material hergestellt.
  • Aus der DE 20 59 971 A1 ist eine Vorrichtung mit zur Vermeidung eines magnetischen Kurzschlusses örtlich begrenzten Zonen verringerten oder unterbrochenen magnetischen Widerstands bekannt. Das aus magnetisierbarem Eisenwerkstoff bestehende Bauelement wird durch örtliche Erwärmung aus dem ferritischen Gefügezustand in den austenitischen Zustand umgewandelt und durch rasche Abkühlung in diesem nicht magnetisierbaren Gefügezustand stabilisiert.
  • Die DE 196 50 710 A1 beschreibt einen aus einem einzigen Material hergestellten Magnetkörper mit einem ferromagnetischen Abschnitt von hohem Welchmagnetismus und einem nicht magnetischem oder ähnlichem Abschnitt, wodurch das Verbinden verschiedener Materialien durch Löten oder Schweißen vermieden wird.
  • Die DE 44 14 168 A1 betrifft ein Verfahren zum Verbinden von zwei Werkstücken, mit dem ein Verbundbauteil, etwa ein Kolben für Verbrennungsmotoren, hergestellt wird. Der Kolben besteht aus einem Kolbenkopf, einem Kolbenschaft und einem als Umgussring gefertigten Ringträger, wobei der Kolbenkopf z.B. aus Keramik, aus austenitsichem Grauguss oder einer hochfesten Al-Legierung hergestellt ist, der Kolbenschaft aus einer Aluminium-Kolbenlegierung.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine gattungsgemäße elektromagnetische Stellvorrichtung unter Beibehaltung kurzer Schaltzeiten robuster auszubilden.
  • Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen des Anspruches 1 gelöst.
  • Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
  • Der Erfindung liegt der Gedanke zugrunde, das Stellelement in zwei Abschnitte aufzuteilen und den ersten Abschnitt im Bereich der Permanentmagnetmittel, vorzugsweise radial innerhalb der Permanentmagnetmittel, hinsichtlich der magnetischen Leitfähigkeit zu optimieren, also diesen Abschnitt derart auszubilden, dass die magnetischen feldlinien möglichst hohe Beschleunigungen des Stellelements und damit stark gebündelt werden, um das auf das Stellelement von der Spuleneinrichtung wirkende Magnetfeld zu verstärken und dadurch möglichst hohe Beschleunigungen des Stellelementes und damit kurze Schaltzeiten zu realisieren. Der zweite Abschnitt des Stellelementes umfasst gemäß der Erfindung den endseitigen Eingriffsbereich des Stellelementes. Dieser ist nicht hinsichtlich der magnetischen Leitfähigkeit, sondern hinsichtlich seiner Festigkeit optimiert, um den auf ihn wirkenden mechanischen Belastungen möglichst lange, ohne Beschädigungen stand zu halten. Aufgrund der erfindungsgemäßen Unterteilung des Stellelementes in die genannten zwei Abschnitte, von denen der spuleneinrichtungsseitige erste Abschnitt hinsichtlich der magnetischen Leitfähigkeit und der den Eingriffsbereich umfassende Abschnitt hinsichtlich seines Verschleißverhaltens optimiert ist, wird eine elektromagnetische Stellvorrichtung erhalten, die einerseits kurze Schaltzeiten und andererseits eine lange Lebensdauer garantiert. Diese Eigenschaften sind insbesondere für den Einsatz der erfindungsgemäßen elektromagnetischen Stellvorrichtung in Kraftfahrzeugen, beispielsweise als Nockenwellen-Hubumschaltung oder als Ventilstellvorrichtung von entscheidendem Vorteil.
  • In Weiterbildung der Erfindung ist mit Vorteil vorgesehen, dass sich der zweite Abschnitt, also der hinsichtlich seines Verschleißverhaltens optimierte Abschnitt, bis in das als Joch wirkende Lagerelement hinein erstreckt. Gemäß der bevorzugten Weiterbildung ist somit nicht nur der Eingriffsbereich, sondern auch der Lagerabschnitt des Stellelementes verschleißoptimiert und kann die während einer translatorischen Verstellbewegung auf ihn wirkenden Reibkräfte ohne Schädigung aufnehmen.
  • Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind die beiden Abschnitte des Stellelementes durch vorzugsweise miteinander verbundene Stellelementteile aus unterschiedlichen Materialien realisiert. Gemäß dieser bevorzugten Ausführungsform ist das Stellelement nicht einstückig, sondern bevorzugt zweistückig ausgebildet, wobei das erste, spuleneinrichtungsseitige Stellelementteil, insbesondere durch seine Materialwahl, hinsichtlich der magnetischen Leitfähigkeit optimiert ist und das eingriffsbereichsseitige Stellelementteil verschleißoptimiert ist. Die Wahl unterschiedlicher Materialien zur Optimierung der entsprechenden Eigenschaften der beiden Stellelementteile ist von Vorteil, da in der Regel die Forderungen nach hoher magnetischer Leitfähigkeit und hoher mechanischer Festigkeit diametral gegenüberliegen. Bevorzugt liegen die beiden Stellelementteile nicht nur, beispielsweise federkraftunterstützt aneinander an, sondern sind miteinander drehfest verbunden, um eine synchrone Bewegung des aus den beiden Stellelementteilen zusammengesetzten Stellelementes sicher zu stellen.
  • In Ausgestaltung der Erfindung ist mit Vorteil vorgesehen, dass das erste Stellelementteil aus weichmagnetischem Material ausgebildet ist, um eine extreme Bündelung der magnetischen Feldlinien zu erreichen. Weichmagnetische Werkstoffe zeichnen sich durch eine leichte Magnetisierbarkeit aus. Grundsätzlich können sowohl metallische als auch keramische weichmagnetische Werkstoffe zur Ausbildung des ersten Stellelementteiles verwendet werden. Bevorzugt eignen sich ferromagnetische Metalle wie Eisen, Kobalt und Nickel. Jedoch können auch Ferrite auf Basis von Metalloxiden eingesetzt werden. Zur Realisierung einer guten mechanischen Festigkeit des zweiten Stellelementteiles ist in Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, dass dieses beispielsweise aus austenitischem Material ausgebildet ist. Austenit besitzt eine kubisch-flächenzentrierte Struktur, wobei die Härte von Austenit insbesondere durch Kaltverformung enorm gesteigert werden kann. Austenit ist nicht ferromagnetisch und eignet sich daher nicht zur Ausbildung des ersten Stellelementteils.
  • In Weiterbildung der Erfindung ist mit Vorteil vorgesehen, dass die beiden Stellelementteile in axialer Richtung benachbart zueinander angeordnet sind. Bevorzugt liegen die beiden Stellelementteile unmittelbar aneinander an. Eine derartige Ausgestaltungsform ist fertigungstechnisch von Vorteil, da die beiden Stellelementteile lediglich stirnseitig miteinander verbunden werden müssen.
  • Gemäß einer alternativen, besonders stabilen Ausgestaltungsform der Erfindung ist mit Vorteil vorgesehen, dass die beiden Stellelementteile nicht axial, sondern radial benachbart zueinander angeordnet sind. Dies kann beispielsweise dadurch realisiert werden, dass das zweite, also das eingriffsbereichsseitige Stellelementteil als das erste Stellelementteil abschnittsweise umgreifende, beispielsweise aufgeschrumpfte oder aufgepresste, Hülse ausgebildet ist. Dabei kann in Weiterbildung der Erfindung vorgesehen sein, dass die Hülse stirnseitig geschlossen ist, um auch die freie Stirnseite des Stellelementes vor einer Beschädigung zu schützen. Wird dagegen das zweite Stellelementteil lediglich als beidseitig offene Hülse ausgebildet, so wird der Eingriffsbereich des Stellelementes von der Mantelfläche, insbesondere von radialen Vertiefungen in der Mantelfläche, gebildet.
  • Zur Herstellung einer festen, langlebigen Verbindung zwischen den beiden Stellelementteilen ist in Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, dass diese miteinander verklebt oder verschweißt sind.
  • Zusätzlich oder alternativ können die beiden Stellelementteile formschlüssig miteinander verbunden werden, insbesondere um eine drehfeste Verbindung sicherzustellen.
  • Gemäß einer alternativen Ausgestaltungsform der Erfindung besteht das Stellelement bevorzugt aus weichmagnetischem Material, wobei der zweite, verschleißoptimierte Abschnitt von einem, insbesondere durch Wärmebehandlung, gehärteten Abschnitt des Stellelementes gebildet ist.
  • Zur Verschleißoptimierung des als Joch wirkenden Lagerelementes, ist in Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, dass die Permanentmagnetmittel nicht auf der gesamten Stirnseite des Lagerelementes aufliegen, sondern dass auf der den Permanentmitteln zugewandten Stirnseite des Lagerelementes ein, vorzugsweise geschlossener Ringwulst vorgesehen ist, wobei der Ringwulst als Anschlag bzw. Widerlager für die Permanentmagnetmittel in der ausgefahrenen Position des Stellelementes dient. Bevorzugt ist die den Ringwulst aufweisende Stirnseite von einem radial äußeren koaxialen Umfangsabschnitt des Lagerelementes umgeben, welcher auf der den Permanentmagnetmitteln abgewandten Seite gegenüber einem Träger, insbesondere einem Motorblock, abgedichtet ist. Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele sowie anhand der Zeichnungen; diese zeigen in:
    • Fig. 1:
    eine seitlichem teilgeschnittene Ansicht der elektromagnetischen Stellvorrichtung gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung;
    Fig. 2:
    eine vergrößerte Detailansicht des Ausschnittes A gemäß Fig. 1;
    Fig. 3:
    eine mögliche Ausführungsform eines zweiteiligen Stellelementes, wobei die beiden Stellelement- teile axial benachbart und miteinander ver- schweißt sind;
    Fig. 4:
    eine weitere mögliche Ausführungsform eines Stellelementes, bei dem das Stellelement eben- falls zweiteilig ausgebildet, das zweite Stell- elementteil mit erhöhter Festigkeit als Hülse ausgebildet ist;
    Fig. 5:
    ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Stellele- mentteils, wobei dieses einstückig mit zwei Ab- schnitten ausgebildet ist und der zweite Ab- schnitt mit höherer mechanischer Festigkeit als gehärteter Bereich ausgebildet ist und
    Fig. 6:
    ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Stellele- mentes, welches zweistückig ausgebildet ist, wo- bei die beiden Stellelementteile formschlüssig miteinander verbunden sowie miteinander verklebt oder verschweißt sind.
  • In den Figuren sind gleiche Bauteile und Bauteile mit gleicher Funktion mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
  • In Fig. 1 ist eine elektromagnetische Verstellvorrichtung 1 gezeigt, die mit einem nicht gezeigten Stellpartner, insbesondere einer Nockenwellen-Hubumschaltung betätigend zusammenwirkt. Die elektromagnetische Verstellvorrichtung 1 umfasst ein hohlzylindrisches, magnetisch leitendes Büchsenelement 2, innerhalb dessen ein langgestrecktes kolbenförmiges Stellelement 3 angeordnet ist. Das Stellelement 3 durchsetzt eine drehfest auf diesem angeordnete Permanentmagnetenanordnung 4, die aus einer mittleren, zylinderförmigen Weicheisenscheibe 5 sowie beidseitig dieser angeordneter Permanentmagneten 6a, 6b mit einem größeren Durchmesser, jedoch geringerer Dicke, besteht. Das Stellelement 3 ist bewegbar zwischen einem stationären Kernbereich 7 sowie einem hülsenförmig ausgebildeten, als Joch wirkendes Lagerelement 8 geführt, wobei das Lagerelement 8 dichtend in einer entsprechend gemessenen hohlzylindrischen Ausnehmung 9 eines Trägers 10, beispielsweise eines Motorblockabschnittes, geführt ist.
  • Der Kernbereich 7 ist Teil einer nicht gezeigten Spuleneinrichtung, die in der linken Zeichnungshälfte innerhalb des Buchsenelementes 2 angeordnet ist und die bei Bestromung durch Erzeugung eines Magnetfeldes verstellend auf das Stellelement 3, insbesondere von dem Kernbereich 7 weg, einwirkt.
  • Wie sich aus Fig. 1 ergibt, ist das kolbenförmige, innerhalb des Lagerelementes 8 geführte, Stellelement 3 zweiteilig ausgeführt. Es umfasst ein erstes Stellelementteil 3a, welches im Bereich der Permanentmagnetenanordnung 4 angeordnet ist und ein axial benachbartes zweites Stellelementteil 3b, welches innerhalb des Lagerelementes 8 geführt ist. Das zweite Stellelementteil 3b umfasst endseitig einen auch im eingezogenen Zustand des Stellelementes 3 aus dem Lagerelement 8 hervorstehenden Eingriffsbereich 11, welcher stellend auf den nicht dargestellten Stellpartner einwirkt. Die beiden Stellelementteile 3a, 3b sind formschlüssig, drehfest miteinander verbunden sowie an ihren Stirnseiten miteinander laserverschweißt. Die formschlüssige Verbindung ist mit axial ineinandergreifenden Verbindungsabschnitten 12a, 12b realisiert, über die auch ein Drehmoment in Umfangsrichtung zwischen den beiden Stellelementteilen 3a, 3b in Umfangsrichtung übertragbar ist. Die Verbindungsabschnitte 12a, 12b der Stellelementteile 3a, 3b sind alternierend in Umfangsrichtung angeordnet.
  • Das in der Zeichnungsebene linke, erste Stellelementteil 3a ist aus Weicheisen und das in der Zeichnungsebene rechte, den Eingriffsbereich 11 umfassende zweite Stellelementteil 3b ist aus kaltverformtem Austenit ausgebildet und weist daher eine hohe mechanische Festigkeit auf.
  • In Fig. 2 ist das Detail A aus Fig. 1 vergrößert dargestellt. Zu erkennen ist ein Ausschnitt des Lagerelementes 8, wobei an der der Permanentmagnetanordnung 4 zugewandten Stirnseite 13 ein umfangsgeschlossener Ringwulst 14 mit einer abgerundeten Stirnseite vorgesehen ist, wobei der Ringwulst 14 koaxial mit radialem Abstand zu dem Stellelement 3 bzw. zu dem zweiten Stellelementteil 3b angeordnet ist. Die Erstreckung des Ringwulstes 14 in axialer Richtung beträgt etwa 3,0 mm. Der Ringwulst 14 bildet einen Anschlag bzw. ein Widerlager für den Permanentmagneten 6b der Permanentmagnetanordnung 4. Der Ringwulst 14 ist radial innerhalb einer äußeren Umfangswand 15 des Lagerelementes 8 angeordnet und überragt dieses um etwa 0,3 mm. Der Innendurchmesser der Umfangswand 15 ist größer als der maximale Außendurchmesser der Permanentmagnetanordnung 4.
  • In Fig. 3 ist ein mögliches weiteres Ausführungsbeispiel eines Stellelementes 3 gezeigt. Das gezeigte Stellelement 3 besteht aus zwei etwa gleich langen Stellelementteilen 3a, 3b, die stirnseitig aneinander liegen und miteinander verschweißt sind. Im gezeigten Ausführungsbeispiel weist die Anlagefläche 16 der beiden Stellelementteile 3a, 3b eine größere Fläche auf, als der jeweils axial unmittelbar benachbarte Abschnitt der Stellelementteile 3a, 3b. Die beiden Stellelementteile 3a, 3b sind miteinander verschweißt, beispielsweise reibverschweißt, kondensatorentladungsverschweißt oder laserverschweißt. Das in der Zeichnungsebene linke Stellelementteil 3a ist hinsichtlich seiner magnetischen Leitfähigkeit optimiert und aus weichmagnetischem Material ausgebildet, wobei das erste Stellelementteil 3a die zylindrische Permanentmagnetenanordnung 4 durchsetzend ausgebildet ist. Das zweite Stellelementteil 3b ist dagegen aus mechanisch festem, harten Material ausgebildet, so dass es hinsichtlich seiner Verschleißeigenschaften optimiert ist. Auf die magnetischen Eigenschaften des zweiten Stellelementteils 3b kommt es aufgrund des großen Abstandes zu dem Kernbereich 7 nicht an.
  • Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 4 erstreckt sich das erste Stellelementteil 3a aus weichmagnetischem Material über die gesamte Axialerstreckung des Stellelementes 3. Im in der Zeichnungsebene rechten, den Eingriffsbereich 11 umfassenden, Bereich des Stellelementes 3 ist ein zweites hülsenförmiges Stellelementteil 3b mit höherer mechanischer Festigkeit vorgesehen, wobei das zweite Stellelementteil 3b den Eingriffsbereich 11 bildet. Das hülsenförmige Stellelementteil 3b ist beispielsweise auf das erste Stellelementteil 3a aufgeschrumpft oder aufgepresst. Ein Verkleben ist auch denkbar. Alternativ zu dem gezeigten Ausführungsbeispiel kann die Hülse auch endseitig geschlossen ausgebildet sein, um die Stirnseite 17 des Stellelementes 3 ebenfalls vor mechanischen Belastungen zu schützen.
  • Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 5 ist die Permanentmagnetanordnung 4 in axialer Richtung formschlüssig in einer Umfangsnut 18 des Stellelementes 3 aufgenommen. Im Gegensatz zu den zuvor beschriebenen Ausführungsbeispielen ist das Stellelement 3 einstückig ausgebildet, wobei das Stellelement 3 durchgehend aus weichmagnetischem Material besteht. Das Stellelement 3 ist unterteilt in einen ersten permanentmagnetseitigen ungehärteten Abschnitt 19 und einen den Lagerbereich sowie den Eingriffsbereich 11 umfassenden zweiten gehärteten Abschnitt 20. Durch die Härtung des zweiten Abschnittes 20 des Stellelementes 3 ist das Stellelement 3 im Bereich innerhalb des Lagerelementes 8 sowie im Eingriffsbereich 11 verschleißoptimiert.
  • Bei dem in Fig. 6 gezeigten Ausführungsbeispiel handelt es sich um eine vergrößerte Darstellung des Stellelementes 3 gemäß Fig. 1. Bezüglich der Details wird auf die Beschreibung zu Fig. 1 verwiesen.

Claims (11)

  1. Elektromagnetische Stellvorrichtung mit einem endseitig einen Eingriffsbereich (11) ausbildenden und durch Kraft einer stationär vorgesehenen Spuleneinrichtung bewegbaren langgestreckten Stellelement (3),
    das abschnittsweise Permanentmagnetmittel (4) aufweist, die zum Zusammenwirken mit einem stationären Kernbereich (7) ausgebildet sind,
    wobei dem Kernbereich (7) axial gegenüberliegend ein als Joch wirkendes stationäres Lagerelement (8) für das zumindest abschnittsweise kolbenförmig ausgebildete Stellelement (3) vorgesehen ist,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    das Stellelement (3) zwei Abschnitte (10, 20; 3a, 3b) aufweist, wobei ein erster, im Bereich der Permanentmagnetmittel (4) angeordneter Abschnitt (19, 3a) so ausgebildet ist, dass die magnetischen Feldlinien gebündelt werden und so hinsichtlich der magnetischen Leitfähigkeit optimiert ist und ein zweiter, im Eingriffsbereich angeordneter Abschnitt (20, 3b) aus mechanisch festem, hartem Material ausgebildet und so verschleißoptimiert ist.
  2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sich der zweite Abschnitt (20, 3b) bis in das Lagerelement (8) hinein erstreckt und als Lagerabschnitt dient.
  3. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, das der erste Abschnitt (19, 3a) von einem ersten Stellelementteil (3a) und der zweite Abschnitt (20. 3b) von einem zweiten Stellelementteil (3b) gebildet ist, und dass die beiden Stellelementteile drehfest miteinander verbunden sind.
  4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Stellelementteil (3a) aus weichmagnetischem Material ausgebildet ist und/oder dass das zweite Stellelementteil (3b) aus austenitischem Material ausgebildet ist.
  5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, die beiden Stellelementteile (3a, 3b) axial benachbart zueinander angeordnet sind.
  6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Stellelementteil (3b) als das erste Stellelementteil (3a) abschnittsweise umgreifende, vorzugsweise aufgeschrumpfte oder aufgepresste, Hülse ausgebildet ist.
  7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Stellelementteile (3a, 3b) miteinander verklebt, oder verschweißt, insbesondere reibverschweißt, oder kondensatorentladungsverschweißt oder laserverschweißt sind.
  8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Stellelementteile (3a, 3b) formschlüssig miteinander verbunden sind.
  9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Stellelement (3) einstückig ausgebildet ist, und dass der zweite Abschnitt (20) ein, insbesondere durch Wärmebehandlung, gehärteter Abschnitt des Stellelementes (3) ist.
  10. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Abschnitte, dadurch gekennzeichnet, dass auf der den Permanentmagnetmitteln (4) zugewandten Stirnseite (13) des Lagerelements (8) ein, vorzugsweise umfangsgeschlossener, Ringwulst (14) vorgesehen ist, der einen Anschlag und/oder Widerlager für die Permanentmagnetmittel (4) bildet.
  11. Vorrichtung nach einem der vorgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Stellelement (3) zur Nockenwellen-Hubumschaltung eines Verbrennungsmotors ansteuerbar ausgebildet ist.
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