DE102006034922A1

DE102006034922A1 - Elektromagnetische Stellvorrichtung und Verfahren zu deren Herstellung

Info

Publication number: DE102006034922A1
Application number: DE102006034922A
Authority: DE
Inventors: Harald Elendt; Christoph Dipl.-Ing. Ross (BA)
Original assignee: Schaeffler KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2006-07-28
Filing date: 2006-07-28
Publication date: 2008-01-31
Also published as: WO2008012179A3; WO2008012179A2

Abstract

Die Erfindung betrifft eine elektromagnetische Stellvorrichtung und ein Verfahren zu deren Herstellung, beispielsweise für eine variable Nockenwellensteuerung eines Verbrennungsmotors eines Kraftfahrzeuges, mit einer Spuleneinrichtung (4), im Wesentlichen bestehend aus einem Kern (5) aus einem magnetischen Material, der von einer Spule (6) umschlossen ist, und mit einem relativ zu der Spuleneinrichtung (4) beweglich angeordneten Stellelement (2) mit einem endseitig verschleißfest ausgebildeten Eingriffsbereich (3), bei der das Stellelement (2) über eine Bestromung der Spuleneinrichtung (4) mit einer Betätigungskraft beaufschlagbar ist, wobei an dem Stellelement (2) Permanentmagnetmittel (11) angeordnet sind, über die das Stellelement (2) in unbestromtem Zustand der Spuleneinrichtung (4) an der Spuleneinrichtung (4) magnetisch gehalten ist. Um die Stellvorrichtung so zu verbessern, dass sie einen sicheren und verschleißarmen Stellbetrieb ermöglicht und dennoch konstruktiv einfach und kostengünstig ist, sind Entkoppelungsmittel (20) vorgesehen, über die das Stellelement (2) zumindest im Eingriffsbereich (3) von den Permanentmagnetmitteln (11) magnetisch entkoppelt ist.

Description

Gebiet der Erfindung
Die Erfindung bezieht sich auf eine elektromagnetische Stellvorrichtung, beispielsweise für eine variable Nockenwellensteuerung eines Verbrennungsmotors eines Kraftfahrzeuges, mit einer Spuleneinrichtung, im Wesentlichen bestehend aus einem Kern aus einem magnetischen Material, der von einer Spule umschlossen ist, und mit einem relativ zu der Spuleneinrichtung beweglich angeordneten Stellelement mit einem endseitig verschleißfest ausgebildeten Eingriffsbereich, bei der das Stellelement über eine Bestromung der Spuleneinrichtung mit einer Betätigungskraft beaufschlagbar ist, wobei an dem Stellelement Permanentmagnetmittel angeordnet sind, über die das Stellelement in unbestromten Zustand der Spuleneinrichtung an der Spuleneinrichtung magnetisch gehalten ist. Die Erfindung bezieht sich weiterhin auf ein Verfahren zur Herstellung einer solchen Stellvorrichtung.
Hintergrund der Erfindung
Eine derartige Stellvorrichtung ist aus der WO 2003 021 612 A1 bekannt. Darin ist ein Kolben als ein Stellelement ausgebildet, an dessen einen Ende ein Eingriffsbereich für eine Stellaufgabe, beispielsweise zum Eingriff in eine Nut eines Stellpartners an einer Nockenwelle für eine variable Nockeneinstellung, ausgebildet ist. Der Kolben ist in einem hülsenförmigen Gehäuseabschnitt geführt und mündet an seinem andern Ende zentrisch in einen zweiten, zylindrischen Ge häuseabschnitt, der eine Spuleneinrichtung aufnimmt, die von einem Kern aus magnetischem Material gebildet wird, der von einer elektrischen Spule umschlossen ist. An diesem Ende des Kolbens ist eine Permanentmagnetscheibe angeordnet, die an einer planen Seite des Kerns magnetisch gehalten ist.
Bei einer geeigneten Strombeaufschlagung der Spule wird ein elektromagnetisches Gegenfeld erzeugt, dass dem Magnetfeld der Permanentmagnetscheibe entgegenwirkt und zu deren Abstoßung vom dem Kern führt, so dass der Kolben aus der Führungshülse heraus getrieben wird, wobei er seine Stellaufgabe erfüllt. Die Stellbewegung des Kolbens wird durch eine Druckfeder unterstützt, die im Kern angeordnet ist, deren Federkraft allein aber nicht ausreicht, um die Haltekraft der Permanentmagnetscheibe zu überwinden. Für eine umgekehrte Stellbewegung, also ein Zurückfahren des Kolbens gegen die Federkraft, kann der Spulenstrom umgepolt werden. Diese Einfahrbewegung kann gegebenenfalls noch durch eine externe Schubkraft auf den Eingriffsbereich, beispielsweise über den eingangs erwähnten Nockenstellpartner, unterstützt werden, bis die Permanentmagnetscheibe durch ihre magnetische Anziehungskraft wieder den Kern der Spuleneinrichtung kontaktiert.
Eine vergleichbare Stellvorrichtung ist auch aus der DE 102 40 774 A1 bekannt. Darin wird eine Verbesserung des magnetischen Flusses des Permanentmagneten mit Hilfe von magnetisch leitenden Elementen, insbesondere in Form von beidseitig der Permanentmagnetscheibe angeordneten, beispielsweise aus Eisen bestehende, Scheiben, beschrieben. Die Scheiben dienen zum einen als Leitelemente, über die in stromlosem Zustand die Feldlinien des Permanentmagneten durch den Kern umlaufen. In bestromtem Zustand verlaufen die Feldlinien des Permanentmagneten im Übergangsbereich zwischen dem Kern und dem benachbarten Leitelement quer und parallel zu den Feldlinien der Spule in diesem Bereich, wodurch ein effizienter Abstoßungseffekt erzielt wird. Weiterhin dienen die Leitelemente als ein mechanischer Schutz für das relativ spröde, beispielsweise aus einer Nd-Fe – Legierung bestehende, Permanentmagnetmaterial.
Gegenüber einer herkömmlichen elektromagnetischen Stellvorrichtung, bei der das Stellelement gegen die Kraft einer Rückstellfeder verstellbar ist, ist bei dieser Anordnung kein permanenter Haltestrom der Spuleneinrichtung zur Aufrechthaltung des ausgefahrenen Stellzustandes erforderlich, welches sich energiesparend auswirkt und die Ansteuerung vereinfacht. Zudem ist der mechanische Aufbau konstruktiv einfach und kostengünstig.
Nachteilig wirkt sich aus, dass das Stellelement direkt mit der Permanentmagnetscheibe verbunden ist und somit mit dieser in magnetischem Kontakt steht. Um den magnetischen Fluss dadurch nicht zu beeinflussen, muss das Stellelement aus einem nicht-magnetischen Material hergestellt sein. Ein magnetisches Stellelement könnte mit den Magnetfeldern der Spuleneinrichtung und der Permanentmagnetmittel in eine Wechselwirkung treten und dadurch zu einer Störung der Haltefunktion bzw. der Abstoßungsfunktion sowie damit zu einer Beeinträchtigung der Stellbewegung und der Ansteuerung des Stellelementes führen.
Andererseits ist das Stellelement bei seiner Stellaufgabe jedoch in der Regel hohen Kräften ausgesetzt, beispielsweise hohen Querkräften beim Eingreifen in eine Verschiebe-Nut. Daher muss zumindest dessen Eingriffsbereich eine verschleißfeste Oberfläche aufweisen. Geeignete nicht-magnetische Werkstoffe, welche die Anforderungen an Verschleißfestigkeit und Lebensdauer erfüllen, sind jedoch kostenaufwendig und erfordern meist eine zusätzliche Oberflächenbehandlung, beispielsweise eine spezielle Wärmebehandlung, die die Herstellungskosten erhöht.
Aufgabe der Erfindung
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine elektromagnetische Stellvorrichtung mit einer permanentmagnetischen Haltevorrichtung der eingangs beschriebenen Art zu schaffen, die einen sicheren und verschleißarmen Stell betrieb ermöglicht sowie dennoch konstruktiv einfach und kostengünstig ist. Eine weitere Aufgabe ist es, ein Verfahren zur Herstellung einer solchen Stellvorrichtung anzugeben.
Zusammenfassung der Erfindung
Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass bei elektromagnetischen Stellvorrichtungen, bei denen ein Stellelement durch einen Permanentmagnet in einer Position fixierbar und durch elektromagnetisches Abstoßen des Permanentmagneten aus dieser Halteposition lösbar ist, Stellelemente auch aus magnetischem Material verwendet werden können, wenn durch eine geeignete magnetische Isolierung des Stellelements die Gefahr von Funktionsbeeinflussungen durch das gegebenenfalls magnetische Material des Stellelementes im Stellbetrieb vermieden wird.
Die Erfindung geht daher aus von einer elektromagnetischen Stellvorrichtung, beispielsweise für eine variable Nockenwellensteuerung eines Verbrennungsmotors eines Kraftfahrzeuges, mit einer Spuleneinrichtung, im Wesentlichen bestehend aus einem Kern aus einem magnetischen Material, der von einer Spule umschlossen ist, und mit einem relativ zu der Spuleneinrichtung beweglich angeordneten Stellelement mit einem endseitig verschleißfest ausgebildeten Eingriffsbereich, bei der das Stellelement über eine Bestromung der Spuleneinrichtung mit einer Betätigungskraft beaufschlagbar ist, wobei an dem Stellelement Permanentmagnetmittel angeordnet sind, über die das Stellelement in unbestromten Zustand der Spuleneinrichtung an der Spuleneinrichtung magnetisch gehalten ist. Zudem sind Entkoppelungsmittel vorgesehen, über die das Stellelement zumindest im Eingriffsbereich von den Permanentmagnetmitteln magnetisch entkoppelt ist.
Durch diesen Aufbau wird vorteilhaft eine einfache und kostengünstige Anbindung eines verschleißfesten Stellelementes an die Permanentmagnetmittel ermöglicht. Insbesondere können durch eine freie Materialwahl Stellelemente aus einem kostengünstigen Magnetstahl verwendet werden, die eine hohe Verschleißfestigkeit bieten, wobei auf eine zusätzliche Wärmebehandlung des Stellelementes gänzlich verzichtet oder zumindest auf eine günstigere Wärmebehandlung oder ein günstigeres Härtungsverfahren zum Erreichen eines verschleißfesten Eingriffsbereichs des Stellelementes zurückgegriffen werden kann. Dadurch wird der Herstellungsaufwand einer solchen Stellvorrichtung mit hohen Anforderungen an Verschleißfestigkeit sowie Lebensdauer verringert, und gleichzeitig eine störungsfreie Funktion der Stellvorrichtung gewährleistet.
Ein besonders einfaches Entkoppelungsmittel kann als ein nicht – magnetisierbares Isolierstück ausgebildet sein, dass zwischen den Permanentmagnetmitteln und dem Stellelement angeordnet ist. Durch das Isolierstück wird ein direkter Oberflächenkontakt zwischen dem Permanentmagnet – Material sowie dem Stellelement – Material vermieden und somit eine magnetische Isolierung realisiert. Dadurch kann das Stellelement selbst, den Feldlinienverlauf der maßgebenden Magnetfelder nicht oder nur unwesentlich beeinflussen.
Außerdem kann vorgesehen sein, dass das Stellelement als ein lang gestreckter zylindrischer Aktuator-Pin ausgebildet ist, der konzentrisch zu der Spuleneinrichtung, als ein axial bewegliches translatorisches Betätigungselement geführt ist. Dabei kann ein Permanentmagnetmittel als eine Permanentmagnetscheibe ausgebildet sein, die an einem dem Eingriffsbereich entgegengesetzten Endbereich des Aktuator-Pins angeordnet ist. Dabei sind vorzugsweise die Spuleneinrichtung und das Stellelement von einem Gehäuse aufgenommen, in dem die Permanentmagnetmittel in einem ersten Gehäuseabschnitt, das die Spuleneinrichtung umgibt, und das Stellelement in einem zweiten Gehäuseabschnitt geführt sind.
Erfindungsgemäß sind die Gehäuseabschnitte und/oder Abschnitte der Spuleneinrichtung den Abmessungen des nicht-magnetisierbaren Isolierstücks derart angepasst bzw. daran Ausnehmungen ausgebildet, so dass ein ungehinderter Laufweg des Aktuators mit der Permanentmagnetscheibe innerhalb der Gehäuseabschnitte gewährleistet ist und eine bauraumsparende Konstruktion erreicht ist. Weiterhin kann eine Ausnehmung auch als Anschlag zur Begrenzung eines Stellweges des Stellelementes fungieren.
Eine solche Stellvorrichtung ist besonders für Stellaufgaben in mobilen Anwendungsbereichen mit begrenzter Energieversorgung geeignet, da sich hier die Energie- und Kosteneinsparung durch die lediglich zum Abstoßen bzw. Anziehen des Permanentmagneten erforderlichen relativ kurzen Stromimpulse besonders vorteilhaft auswirkt. Im Kraftfahrzeugbereich lässt sich mit dieser translatorischen Stellvorrichtung eine besonders einfache und stabile, mit kurzen Stellzeiten ansteuerbare variable Nockeneinstellung realisieren.
Die Erfindung ist jedoch weder auf variable Nockeneinstellungen für Kraftfahrzeug – Ventiltriebe noch auf translatorische Stellaufgaben im Allgemeinen beschränkt. Grundsätzlich ist die erfindungsgemäße magnetische Entkoppelung zwischen Stellglied bzw. Stellelement und Permanentmagnetmitteln in einer elektromagnetischen Stellvorrichtung auch auf Konstruktionen mit anderen Bewegungsabläufen, beispielsweise mit rotatorischen Stellwegen, vorteilhaft anwendbar.
Außerdem kann vorgesehen sein, dass das Entkoppelungsmittel als ein Kunststoff-Umspritzteil ausgebildet ist, das den Endbereich des Aktuator-Pins umgreift. Durch eine Kunststoffumspritzung des Aktuator-Pins im Bereich der Permanentmagnetmittel wird eine besonders kostengünstige, gewichtssparende und effektive magnetische Entkopplung erreicht. Durch einen Kragen, an dessen Innenwand ein Innenring angeformt ist, der in eine an dem Aktuator-Pin, benachbart zu dem Innenring, ausgebildete umlaufende Nut eingreift, kann das Kunststoff-Umspritzteil sicher an dem Aktuator-Pin fixiert werden.
Wird eine Permanentmagnetscheibe als Permanentmagnetmittel eingesetzt, kann diese, mit einer zentralen Bohrung versehen, einfach auf einem Mittenabschnitt der Kunststoffumspritzung angeordnet, beispielsweise passend aufgesteckt sein, die von beidseitigen Kragen, an denen die Permanentmagnetscheibe flächig an den Innenwänden der Kragen anliegt, begrenzt wird. Dadurch wird die Permanentmagnetscheibe sicher an dem Stellelement fixiert und gleichzeitig von diesem effektiv magnetisch entkoppelt.
Das derart ausgebildete Umspritzteil ist besonders vorteilhaft für ein Magnetscheibenpaket einsetzbar, bei dem der Permanentmagnetscheibe beidseitig anliegende, magnetisch leitende Scheiben zugeordnet sind, die dann von den Kragenteilen axial eingefasst sind. Diese Leitscheiben fungieren gleichzeitig als mechanischer Schutz der Permanentmagnetscheibe bei den Abstoßungsbewegungen und bei den Anfahrbewegungen an die Spulenvorrichtung im Stellbetrieb sowie als Mittel zur Verbesserung des magnetischen Flusses wie bereits eingangs erläutert. Für eine weitere Verbesserung des mechanischen Schutzes der Permanentmagnetscheibe kann noch ein Schutzring aus Kunststoff vorgesehen sein, der die Permanentmagnetscheibe und gegebenenfalls zusätzlich eine oder beide Leitscheiben des Scheibenpaketes um seinen Außenrand einfasst und kapselt.
Grundsätzlich ist eine Verbesserung des magnetischen Flusses und ein Anschlagschutz auch schon mit einem einseitig angeordneten magnetisch leitenden Element erreichbar, dass im Bereich zwischen dem Permanentmagnetmittel und einer Anschlagfläche der Spuleneinrichtung, an der das Permanentmagnetmittel magnetisch haftet, positioniert ist.
Weitere Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren anzugeben, mit dem eine einfache und kostengünstige elektromagnetische Stellvorrichtung mit einer permanentmagnetischen Haltevorrichtung hergestellt werden kann, die einen sicheren und verschleißarmen Stellbetrieb ermöglicht.
Weiterhin geht die Erfindung demnach aus von einem Verfahren zur Herstellung einer elektromagnetischen Stellvorrichtung, beispielsweise für eine variable Nockenwellensteuerung eines Verbrennungsmotors eines Kraftfahrzeuges, mit einer Spuleneinrichtung, im Wesentlichen bestehend aus einem Kern aus einem magnetischen Material, der von einer Spule umschlossen ist, und mit einem relativ zu der Spuleneinrichtung beweglich angeordneten Stellelement mit einem endseitig verschleißfest ausgebildeten Eingriffsbereich, bei der das Stellelement über eine Bestromung der Spuleneinrichtung mit einer Betätigungskraft beaufschlagbar ist, wobei an dem Stellelement Permanentmagnetmittel angeordnet sind, die das Stellelement in unbestromtem Zustand der Spuleneinrichtung an der Spuleneinrichtung magnetisch halten. Zudem ist vorgesehen, dass das Stellelement von den Permanentmagnetmitteln mittels einer Kunststoffumspritzung, die ein Kunststoff-Umspritzteil bildet, magnetisch entkoppelt wird.
Durch eine Kunststoffumspritzung kann bei der Herstellung einer Stellvorrichtung auf einfache und kostengünstige Weise ein Stellelement von daran angeordneten Permanentmagnetmitteln magnetisch isoliert werden. Dabei kann ein durch die Umspritzung ausgebildetes Umspritzteil leicht an die jeweilige Konstruktion von Stellelement und Permanentmagnetmitteln angepasst werden, welches somit sehr flexibel einsetzbar ist. Folglich können bei der Herstellung der Stellvorrichtung auch Stellelemente aus magnetisierbaren Werkstoffen in für die elektromagnetische Ansteuerung des Stellelementes unschädlicher Weise zur Verwendung gelangen. Dadurch können insbesondere bei der Erzeugung eines verschleißfesten Eingriffbereiches des Stellelements Kosten eingespart werden.
Besonders kostengünstig ist es, den Umspritzprozess mit einem häufig ohnehin vorgesehenen Arbeitsvorgang, bei dem die Permanentmagnetmittel zum Schutz vor mechanischen Beschädigungen im Stellbetrieb umfänglich mit einer Kunststoffumspritzung eingefasst werden, zu verbinden.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Die Erfindung wird im Folgenden anhand der beiliegenden Zeichnung an einer Ausführungsform näher erläutert. Darin zeigt
1 einen Längsschnitt einer elektromagnetischen Stellvorrichtung, und
2 einen vergrößerten Ausschnitt eines Stellelementes der Stellvorrichtung mit einer Vorrichtung zur magnetischen Entkoppelung.
Detaillierte Beschreibung der Zeichnungen
Die in 1 gezeigte Stellvorrichtung ist als ein Aktuator 1 für ein (nicht dargestelltes) variables Nockenschaltsystem eines Ventiltriebs eines Kraftfahrzeug – Verbrennungsmotors ausgebildet. Die Bauweise einer solchen Stellvorrichtung ist an sich aus der eingangs erwähnten WO 2003 021 612 A1 bekannt.
Der Aktuator 1 umfasst im Wesentlichen ein kolbenförmiges Stellelement 2, das als ein Aktuator-Pin mit einem endseitigen Eingriffsbereich 3 ausgebildet ist sowie eine Spuleneinrichtung 4. Diese weist einen Kern 5 aus einem magnetischen Material, beispielsweise Eisen, auf, der von einer bestrombaren Spule 6 umgeben ist. Die Spuleneinrichtung 4 ist in einem zylindrischen Gehäuseabschnitt 8 eines Gehäuses 7 aufgenommen. An den Gehäuseabschnitt 8 schließt sich ein hülsenförmiger Gehäuseabschnitt 9 an, in dem der Aktuator-Pin 2 axial beweglich geführt ist.
An dem dem Eingriffsbereich 3 abgewandten Ende des Aktuator-Pins 2 ist ein Scheibenpaket 10 angeordnet, das als ein Kolben in dem zylindrischen Gehäuseabschnitt 8 geführt ist. Das Scheibenpaket 10 umfasst eine Permanentmagnetscheibe 11, die von einem Kunststoffring 12 eingefasst ist. Beidseitig der Permanentmagnetscheibe 11 sind zwei magnetisch leitende Scheiben 13 und 14, beispielsweise aus Eisen, angeordnet.
Ein axialer Stellweg des Aktuator-Pins 2 wird auf der der Spuleneinrichtung 4 abgewandten Seite des Scheibenpaketes 10 von einer Anschlagfläche 15 des Gehäuseabschnitts 9 und auf der der Spuleneinrichtung 4 zugewandten Seite des Scheibenpaketes 10 von einer Anschlagfläche 16 des Kerns 5 begrenzt.
Weiterhin weist der Kern 5 eine zentrische Bohrung 17 auf, in der ein als Schraubendruckfeder ausgebildetes Federmittel 18 geführt ist. Über die Feder 18 ist der Aktuator-Pin 2 mit einer axialen Stellkraft in Richtung aus dem Hülsenabschnitt 9 heraus beaufschlagbar.
Das Scheibenpaket 10 ist mit einer zentralen Bohrung 27 (2) auf einem erfindungsgemäßen magnetischen Entkoppelungsmittel 20 des Aktuator-Pins 2 aufgenommen. Das Entkoppelungsmittel 20 ist in einem Kunststoffumspritzverfahren als ein Kunststoff-Umspritzteil 20 (in der 1 vereinfacht dargestellt) hergestellt, welches das Ende des Aktuator-Pins 2 umfasst, das Scheibenpaket 10 trägt und dieses zur Oberfläche des Aktuator-Pins 2 beabstandet, so dass kein direkter Kontakt zwischen der Permanentmagnetscheibe 11 und dem Aktuator-Pin 2 besteht.
Die 2 zeigt das Kunststoff-Umspritzteil 20 im Detail. An seinem dem Eingriffsbereich 3 abgewandten Ende weist der Aktuator-Pin 2 einen verjüngten Fortsatz 19 auf, der von dem Umspritzteil 20 umfasst wird. Ein Mittenabschnitt 21 des Umspritzteils 20 trägt das Scheibenpaket 10, wobei die Bohrung 27 der Scheiben 11, 13 und 14 entsprechend einer Wandstärke des Mittenabschnitts 21 gegenüber einem Durchmesser des Fortsatzes 19 vergrößert ist. Zusätzlich ist das Scheibenpaket 10 beidseitig von an dem Umspritzteil 20 angeformten bzw. mit diesem verbundenen Kragenteilen 22, 23 eingefasst und fixiert. Somit ist das Scheibenpaket 10 von der Oberfläche des Aktuator-Pins 2 vollständig isoliert.
Das dem Ende des Aktuator-Pins 2 abgewandte innere Kragenteil 23 weist einen axial übergreifenden Rand 24 auf, an dem ein Innenring 25 ausgebildet ist, der in eine an dem Aktuator-Pin 2 ausgebildete benachbarte Nut 26 eingreift, wodurch das Umspritzteil 20 mit dem Aktuator-Pin 2 fest verbunden ist. Der axial gegenüberliegende äußere Kragen 22 schließt das Scheibenpaket 10 in das Umspritzteil 20 ein und den Aktuator-Pin 2 nach außen zum Ende hin ab. Als Schutz vor mechanischer Beanspruchung ist die Permanentmagnetscheibe 11 von dem Kunststoffring 12 umrandet, der sich zusätzlich über den Rand der abschließenden Scheibe 13 erstreckt.
Im Folgenden wird die Funktionsweise des Aktuators 1 erläutert:
In stromlosem Zustand wird das Scheibenpaket 10 durch die Magnetkraft der Permanentmagnetscheibe 11 an der Spuleneinrichtung 4 gehalten. Dabei liegt die zum Kern 5 benachbarte Scheibe 13 des Scheibenpaketes 10 flächig plan an der Anschlagfläche 16 des Kerns 5 an. Die magnetische Haltekraft übersteigt dabei eine Vorspannkraft der Druckfeder 18. Die Feldlinien des Permanentmagnetfeldes (nicht dargestellt) laufen dabei durch das Scheibenpaket 10 und den Spulenkern 5, wegen des magnetisch entkoppelnden Umspritzteils 20 jedoch nicht durch den Aktuator-Pin 2, insbesondere nicht durch dessen Eingriffsbereich 3, auch wenn dieser aus einem magnetisierbaren Material besteht.
Bei einer Bestromung der Spuleneinrichtung 4 wird ein elektromagnetisches Feld erzeugt, dessen Feldlinien durch den Spulenkern 5 und die Anschlagfläche 16 umlaufen. Im Bereich zwischen der Anschlagfläche 16 und der Leitscheibe 13 verlaufen die Feldlinien des elektromagnetischen Feldes annähernd parallel zu dem Scheibenpaket 10 und verdrängen das Magnetfeld des Permanent magneten 11, so dass die Permanentmagnetscheibe 11 von dem Kern 5 abgestoßen wird und das Scheibenpaket 10 sich von der Anschlagfläche 16 löst, sobald die Abstoßungskraft die Haltekraft übersteigt. Dies kann durch einen entsprechenden Stromimpuls auf die Spule 6 realisiert werden. Der dadurch abgestoßene Aktuator-Pin 2 wird, unterstützt durch die Axialkraft der Feder 18, von der Spuleneinrichtung 4 weggedrückt, sodass er aus der Hülse 9 herausgeführt wird und seine Stellaufgabe verrichtet.
Durch Anlegen eines Gegenfeldes bzw. eines Gegenimpulses, gegebenenfalls unterstützt durch eine externe axiale Beaufschlagung in umgekehrter Richtung, kann der Aktuator-Pin 2 wieder in seine Ausgangsposition zurückgefahren werden, bis das Scheibenpaket 10 erneut an dem Anschlag 16 anliegt und magnetisch gehalten wird.

1: Aktuator
2: Stellelement, Aktuator-Pin
3: Eingriffsbereich
4: Spuleneinrichtung
5: Kern
6: Spule
7: Gehäuse
8: Spulen – Gehäuseabschnitt
9: Stellelement – Gehäuseabschnitt
10: Scheibenpaket
11: Permanentmagnetmittel, Permanentmagnetscheibe
12: Schutzring, Schutzeinfassung
13: Magnetisch leitendes Element, Leitscheibe
14: Magnetisch leitendes Element, Leitscheibe
15: Gehäuse-Anschlagfläche
16: Kern – Anschlagfläche
17: Kern-Bohrung
18: Federmittel, Schraubendruckfeder
19: Stellelement – Fortsatz
20: Entkoppelungsmittel, Kunststoff-Umspritzteil
21: Mittenabschnitt
22: Äußeres Kragenteil
23: Inneres Kragenteil
24: Kragenteil – Rand
25: Kragenteil – Innenring
26: Stellelement – Nut
27: Scheiben – Bohrung

Claims

Elektromagnetische Stellvorrichtung, beispielsweise für eine variable Nockenwellensteuerung eines Verbrennungsmotors eines Kraftfahrzeuges, mit einer Spuleneinrichtung (4), im Wesentlichen bestehend aus einem Kern (5) aus einem magnetischen Material, der von einer Spule (6) umschlossen ist, und mit einem relativ zu der Spuleneinrichtung (4) beweglich angeordneten Stellelement (2) mit einem endseitig verschleißfest ausgebildeten Eingriffsbereich (3), bei der das Stellelement (2) über eine Bestromung der Spuleneinrichtung (4) mit einer Betätigungskraft beaufschlagbar ist, wobei an dem Stellelement (2) Permanentmagnetmittel (11) angeordnet sind, über die das Stellelement (2) in unbestromtem Zustand der Spuleneinrichtung (4) an der Spuleneinrichtung (4) magnetisch gehalten ist, dadurch gekennzeichnet, dass Entkoppelungsmittel (20) vorgesehen sind, über die das Stellelement (2) zumindest im Eingriffsbereich (3) von den Permanentmagnetmitteln (11) magnetisch entkoppelt ist.
Stellvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Entkoppelungsmittel (20) als ein nicht-magnetisierbares Isolierstück zwischen den Permanentmagnetmitteln (11) und dem Stellelement (2) ausgebildet ist.
Stellvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Stellelement (2) als ein lang gestreckter zylindrischer Aktuator-Pin ausgebildet ist, der konzentrisch zu der Spuleneinrichtung (4), als ein axial bewegliches translatorisches Betätigungselement geführt ist.
Stellvorrichtung nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass ein Permanentmagnetmittel (11) als eine Permanentmagnetscheibe ausgebildet ist, die an einem dem Eingriffsbereich (3) entgegengesetzten Endbereich des Stellelementes (2) angeordnet ist.
Stellvorrichtung nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Spuleneinrichtung (4) und das Stellelement (2) von einem Gehäuse (7) aufgenommen sind, wobei in einem ersten Gehäuseabschnitt (8) mit der Spuleneinrichtung (4) die Permanentmagnetmittel (11) geführt sind, und in einem zweiten, sich daran axial anschließenden Gehäuseabschnitt (9), das Stellelement (2) geführt ist.
Stellvorrichtung nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass in zu den Entkoppelungsmitteln (20) benachbarten Abschnitten der Bauteile des Gehäuses (7) und/oder der Spuleneinrichtung (4) Ausnehmungen zur Aufnahme der Entkoppelungsmittel (20) ausgebildet sind.
Stellvorrichtung nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Entkoppelungsmittel (20) als ein Kunststoff-Umspritzteil ausgebildet ist, welches den dem Eingriffsbereich (3) abgewandten Endbereich des Aktuator-Pins (2) umgreift.
Stellvorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Kunststoff-Umspritzteil (20) einen Kragen (23) aufweist, an dessen Innenwand ein Innenring (25) angeformt ist, der in eine an dem Aktuator-Pin (2), benachbart zu dem Innenring (25), ausgebildete umlaufende Nut (26) eingreift.
Stellvorrichtung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Kunststoff-Umspritzteil (20) einen von beidseitigen Kragen (22, 23) begrenzten Mittenabschnitt (21) aufweist, auf dem wenigstens die mit einer zentralen Bohrung (27) versehene Permanentmagnetscheibe (11) angeordnet ist.
Stellvorrichtung nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass dem Permanentmagnetmittel (11) wenigstens einseitig ein magnetisch leitendes Element (13, 14) zugeordnet ist.
Stellvorrichtung nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Permanentmagnetscheibe (11) beidseitig anliegende, magnetisch leitende Scheiben (13, 14) zugeordnet sind, die zusammen mit der Permanentmagnetscheibe (11) ein zylinderförmiges Scheibenpaket (10) bilden.
Stellvorrichtung nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens die Permanentmagnetscheibe (11) radial außen von einem Schutzring (12) aus Kunststoff eingefasst ist.
Verfahren zur Herstellung einer elektromagnetischen Stellvorrichtung, beispielsweise für eine variable Nockenwellensteuerung eines Verbrennungsmotors eines Kraftfahrzeuges, mit einer Spuleneinrichtung (4), im Wesentlichen bestehend aus einem Kern (5) aus einem magnetischen Material, der von einer Spule (6) umschlossen ist, und mit einem relativ zu der Spuleneinrichtung (4) beweglich angeordneten Stellelement (2) mit einem endseitig verschleißfest ausgebildeten Eingriffsbereich (3), bei der das Stellelement (2) über eine Bestromung der Spuleneinrichtung (4) mit einer Betätigungskraft beaufschlagbar ist, wobei an dem Stellelement (2) Permanentmagnetmittel (11) angeordnet sind, die das Stellelement (2) in unbestromtem Zustand der Spuleneinrichtung (4) an der Spuleneinrichtung (4) magnetisch halten, dadurch gekennzeichnet, dass das Stellelement (2) von den Permanentmagnetmitteln (11) mittels einer Kunststoffumspritzung, die ein Kunststoff-Umspritzteil (20) bildet, magnetisch entkoppelt wird.
Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Permanentmagnetmittel (11) mit einer umfänglichen Kunststoffumspritzung, die eine mechanische Schutzeinfassung (12) bildet, versehen werden.
Verfahren nach Anspruch 13 und 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Kunststoffumspritzung zur Bildung der magnetischen Entkoppelung des Stellelementes (2) und die Kunststoffumspritzung zur Bildung der mechanischen Schutzeinfassung (12) der Permanentmagnetmittel (11) im Rahmen eines zusammenhängenden Arbeitsprozesses erfolgt.