BISTABILE ELEKTROMAGNETISCHE STELLVORRICHTUNG, ANKERBAUGRUPPE SOWIE NOCKENWELLENVERSTELLVORRICHTUNG

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft eine bistabile elektromagnetische Stellvorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1, eine Ankerbaugruppe für eine elektromagnetische Stellvorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 9 sowie eine Nockenwellenverstellvorrichtung gemäß Anspruch 10.

[0002] Die DE 201 14 466 U1 zeigt eine bistabile elektromagnetische Stellvorrichtung zum Einsatz in, beispielsweise in der DE 20 2009 011 804 U1 beschriebenen Nockenwellenverstellvorrichtungen. Die bekannte bistabile elektromagnetische Stellvorrichtung zeichnet sich dadurch aus, dass an einem Stellelement Permanentmagnetmittel vorgesehen sind, die zwei Polscheiben und einen dazwischen befindlichen, axial magnetisierten Permanentmagnetenring umfassen. Die Permanentmagnetmittel wirken mit einem stationären Kernbereich, eine Anziehkraft erzeugend zusammen, wobei sich Permanentmagnetmittel und Kernbereich in einer kernbereichsseitigen Endstellung gegenüberliegen. In dieser Endstellung ist eine das Stellelement von dem Kernbereich weg kraftbeaufschlagende Druckfeder maximal vorgespannt. Um nun die Haltekraft der Permanentmagnetmittel zu überwinden, wird eine stationäre Spuleneinrichtung bestromt, wobei das Stellelement ab Überwinden der Haftkraft zusätzlich von der Druckfeder in Richtung der gegenüberliegenden Endstellung beschleunigt wird, in welcher das kolbenförmige Stellelement mit einem endseitigen Eingriffsbereich in die Steuernut einer Nocke eines Verbrennungsmotors eingreift.

[0003] Die bekannte bistabile elektromagnetische Stellvorrichtung hat sich bewährt. Als nachteilig werden jedoch die vergleichsweise kleinen Hubbereiche des Stellelementes empfunden, in denen sich das Stellelement (Permanentmagnetanker) selbständig und ohne äußere Einwirkung in seine kernbereichsseitige Endlage bewegen kann.

[0004] Die Permanentmagnetmittel zeigen im umbestromten Zustand der Spuleneinrichtung einen hyperbelförmigen Kraft-Hub-Verlauf, bei welchem nahe der kernbereichsseitigen Endlage die Magnetkraft stark ansteigt, jedoch andersherum bei größer werdendem Hub schnell abfällt.

[0005] Dies ist bei federunterstützten bistabilen Stellvorrichtungen von Nachteil, da nur ein kleiner Teil der zur Verfügung stehenden Magnetarbeit dafür genutzt werden kann, um die Feder vorzuspannen, d.h. der Hubbereich, in dem ausreichend Permanentmagnetkraft zur Verfügung steht, um das mit Permanentmagnetmitteln versehene Stellelement selbständig zurück in die kernbereichsseitige Endlage zu ziehen ist sehr schmal. So müssen bei bekannten elektromagnetischen Stellvorrichtungen Druckfedern mit sehr steilen Kraftwegkennlinien eingesetzt werden, um das Stellelement mittels der Permanentmagnetmittel in Richtung kernbereichsseitiger Hubanfanglage zurückzuholen. Auch bestehen Forderungen nach einer immer kürzeren Hubzeit des Stellelementes in Richtung der von dem Kernbereich abgewandten Hubendlage. Vorgenannte Hubzeit ist insbesondere kritisch bei Stellvorrichtungen zum Einsatz in Nockenwellenverstellvorrichtungen, da es entscheidend auf einen schnellen Steuernuteneingriff ankommt.

[0006] Aus der DE 10 2009 015 833 B4 ist eine elektromagnetische Stellvorrichtung mit einem zwischen zwei Endlagen bewegbaren Stellelement bekannt, welches keine Permanentmagnetmittel trägt. Letztere sind stationär angeordnet. In einer eingefahrenen Schaltposition taucht das Ende eines Hohlzylinders eines Flussleitkörpers der Stellvorrichtung in eine Ringnut eines Ringkörpers eines Polkörpers der Vorrichtung ein.

[0007] Die DE 10 2006 059 188 A1 zeigt eine elektromagnetische Stellvorrichtung, die an ihrem Stellglied ein Permanentmagnet aufweist. Der Permanentmagnet verläuft parallel zum Kernbereich. Aus der Druckschrift ist insbesondere eine mögliche Einbausituation von bistabilen elektromagnetischen Stellvorrichtungen zu entnehmen.

[0008] Die DE 30 19 418 A1 zeigt eine bidirektionale Stellvorrichtung, wobei die Rückstellung durch eine entsprechende Bestromung einer zum Einsatz kommenden Spule aktuiert wird. Der Permanentmagnet der bekannten bidirektionalen Stellvorrichtung wird dazu während des Betriebs ummagnetisiert.

[0009] Die GB 2 197 754 A beschreibt eine bistabile Stellvorrichtung. Die bekannte Stellvorrichtung weist keine Federmittel auf.

[0010] Zum weiteren Stand der Technik werden die EP 0 794 540 A1, die US 6,392,516 B1 und die DE 10 2008 000 534 A1 genannt.

[0011] Ausgehend von dem vorgenannten Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Stellvorrichtung anzugeben, die im Hinblick auf die Hubzeit des Stellelementes in die von dem Kernbereich abgewandte Endlage optimiert ist und bei der gleichzeitig eine Rückholung des Permanentmagnetmittel aufweisenden Stellelementes in Richtung kernbereichsseitiger Endlage zu einem möglichst frühen Zeitpunkt, d.h. mit vergleichsweise großem Abstand zum Kernbereich eine Hubkraft in Richtung Hubanfangslage wirkt. Ferner besteht die Aufgabe darin, eine entsprechend optimierte Ankerbaugruppe sowie eine Nockenwellenverstellvorrichtung mit einer entsprechend verbesserten bistabilen elektromagnetischen Stellvorrichtung anzugeben.

[0012] Diese Aufgabe wird hinsichtlich der bistabilen elektromagnetischen Stellvorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weitebildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

[0013] Die Erfindung hat erkannt, dass es zur gleichzeitigen Verbesserung der Hubzeit des Stellelementes und zur Gewährleistung eines großen Rückholweges auf Basis permanentmagnetischer Anziehungskräfte vorteilhaft ist, Federmittel mit einer vergleichsweise geringen Federsteigung und vorzugsweise einer vergleichsweise hohen maximalen Federvorspannung einzusetzen, da Federmittel mit geringer Federkennliniensteigung im Gegensatz zu den bisher zum Einsatz kommenden Federn mit großer Federkennliniensteigung auch noch bei großem Hub bzw. Abstand des Stellelementes zum Kernbereich noch Federkraft zur Beschleunigung der Ankerbaugruppe bzw. des Permanentmittel tragenden Stellelementes liefern. Um derartige Federn einsetzen zu können schlägt die Erfindung vor, durch eine axiale Überlappung des Kernbereichs und der Permanentmittel die Magnetkraft-Hub-Kennlinie der Permanentmagnetkraft so zu beeinflussen, dass die Permanentmagnetkraft, die zwischen den Permanentmagnetmitteln und dem Kernbereich wirkt über einen längeren Hub, d.h. bis zu einem größeren Abstand der Permanentmagnetmittel zum Kernbereich auf einem höheren Kraftniveau bleibt. Dies ist zunächst überraschend, da schnellere Hubzeiten des Stellelementes in die von dem Kernbereich abgewandte Endstellung erreicht werden sollen, jedoch die Permanentmagnetkraft dieser Verstellbewegung entgegenwirkt.

[0014] Durch die erfindungsgemäße Beeinflussung, insbesondere Abflachung, der vorgenannten Kennlinie, die in Abkehr von den bisher zum Einsatz kommenden Flachankersystemen durch die axiale Überlappung von Kernbereich und Permanentmagnetmitteln erreicht wird bzw. durch die hieraus resultierende teilweise Umleitung des magnetischen Flusses am eigentlichen, sich im Wesentlichen senkrecht zur Verstellrichtung des Stellelementes erstreckenden Arbeitsluftspalt zwischen dem Kernbereich und den Permanentmagnetmitteln vorbei, können Federmittel mit einer vergleichsweise flachen Federkennlinienauslegung, d.h. einer geringeren Federkonstante in Kombination mit einer vergleichsweise hohen Federspannung eingesetzt werden, wobei derartige Federn mit einer flachen Federkennlinie die Federkraft über einen langen Hub, vorzugsweise den gesamten Hub auf das Stellelement übertragen und dieses dadurch länger beschleunigen. Gleichzeitig wird der Berührungs- oder Schnittpunkt zwischen Federkennlinie und Permanentmagnetkennlinie, d.h. der Rückholpunkt weiter nach rechts, also hin zu einem größeren Abstand der Permanentmagnetmittel bzw. des Stellelementes von dem Kernbereich verschoben, so dass der Anker bereits zu einem vergleichsweise frühen Zeitpunkt über die Permanentmagnetmittel in Richtung Kernbereich zurückgeholt werden kann. Dieser Abstand ist insoweit kritisch, als dass dieser bei Nockenwellenverstellvorrichtungen im Regelfall vorgegeben ist. Darüber hinaus ergibt sich bei vergleichsweise weit rechts liegendem Schnittpunkt eine größere zulässige Toleranzspanne im Hinblick auf die Auslegung des Gesamtsystems.

[0015] Insgesamt wird also durch die Erfindung die Forderung nach immer kürzeren Schaltzeiten erfüllt und gleichzeitig bei einem Rückwurf des Stellelementes durch eine Rotationsbewegung der Nocke sichergestellt, dass ab einem möglichst frühen Zeitpunkt sich das Stellelement mit Hilfe der Permanentmagnetmittel zum Kern zieht und dabei gleichzeitig die Federmittel spannt.

[0016] Besonders bewährt hat sich die erfindungsgemäße Ausgestaltung bei einer bistabilen elektromagnetischen Stellvorrichtung, bei der dem, vorzugsweise mantelseitig an dem, bevorzugt kolbenförmigen Stellelement angeordneten, ganz besonders bevorzugt scheibenförmigen, noch weiter bevorzugt ringscheibenförmigen und noch weiter bevorzugt von dem Stellelement axial durchsetzten Permanentmagneten zumindest auf dem Kernbereich zugewandten Axialseite eine Polscheibe aus magnetisch leitfähigem Material zugeordnet ist, die fest zum Permanentmagneten positioniert ist.

[0017] Durch die Polscheibe kann der Permanentmagnet bei dem vergleichsweise harten Anschlag des Stellelementes am Kernbereich verbessert geschützt werden. Besonders bevorzugt ist eine Ausführungsform der bistabilen elektromagnetischen Stellvorrichtung, bei der zusätzlich zu der vorgenannten kernbereichsseitigen Polscheibe eine weitere Polscheibe auf der von dem Kernbereich abgewandten Seite des, bevorzugt axial magnetisierten, Permanentmagneten vorgesehen ist, die zusammen mit der kernbereichsseitigen Polscheibe den Permanentmagneten sandwichartig zwischen sich aufnimmt, wobei die vom Kernbereich abgewandte Polscheibe bevorzugt die Aufgabe der Magnetflussumleitung in radialer Richtung, vorzugsweise hin zu oder weg von einem Führungsgehäuse für die Ankerbaugruppe hat.

[0018] Im Hinblick auf die geometrische Realisierung der axialen Überlappung von Kernbereich und Permanentmagnetmitteln gibt es unterschiedliche Möglichkeiten. Besonders bevorzugt ist eine Ausführungsvariante, bei welcher eine Polscheibe der Permanentmagnetmittel, insbesondere die dem Kernbereich zugewandte Polscheibe (in der kernbereichsseitigen Hubanfangslage des Stellelementes und vorzugsweise auch noch bei bereits etwas von dem Kernbereich weg verstelltem Stellelement) den Kernbereich radial außen in axialer Richtung übergreift, insbesondere indem die Polscheibe napfförmig ausgebildet ist und/oder indem die Polscheibe in eine kernbereichsseitige Vertiefung des Kernbereichs axial eingreift.

[0019] Auch ist es möglich, dass der Kernbereich so ausgeformt ist, dass dieser in eine Vertiefung der Permanentmagnetmittel, insbesondere in eine Vertiefung, beispielsweise eine ringförmige Vertiefung der Polscheibe eingreift und/oder die Permanentmagnetmittel radial außen in axialer Richtung übergreift.

[0020] Besonders bevorzugt ist auch eine Variante, bei der die Vertiefung, in die die Permanentmagnetmittel, insbesondere einer Polscheibe der Permanentmagnetmittel eingreifen können, zentrisch innerhalb des Kerns angeordnet ist, wobei es noch weiter bevorzugt ist, wenn diese Öffnung gleichzeitig in einem Bereich radial innerhalb der Überlappung die Federmittel aufnimmt.

[0021] Als besonders zweckmäßig hat es sich herausgestellt, wenn sich Kernbereich und Permanentmagnetmittel in der kernbereichsseitigen Endlage des Stellelementes um eine Strecke aus einem Wertebereich zwischen 0,1 mm und 3 mm, vorzugsweise zwischen 0,5 mm und 1,5 mm axial überlappen, da hierdurch eine, insbesondere für die Anwendung einer Nockenwellenverstellvorrichtung optimierte, Krafthubkennlinie der Permanentmagnetmittel erreicht werden kann.

[0022] Bezüglich der geometrischen Konturierung der Permanentmagnetmittel, insbesondere der kernbereichsseitigen Polscheibe und/oder des Kernbereichs zur Realisierung der Überlappung gibt es unterschiedliche Möglichkeiten. Ganz besonders bevorzugt ist es, wenn ein entsprechender Überlappungsbereich ringförmig und umfangsgeschlossen ausgebildet ist. Als besonders zweckmäßig hat es sich herausgestellt, wenn der Überlappungsbereich konisch konturiert ist, beispielsweise mit einem außenkonischen Kernbereich und einem korrespondierenden innenkonischen Permanentmagnetmittelbereich, oder umgekehrt.

[0023] Als besonders zweckmäßig für die Anwendung der Stellvorrichtung in einer Nockenwellenverstellvorrichtung hat es sich herausgestellt, wenn die Federmittel Druckfedermittel umfassen und/oder als Druckfedermittel ausgebildet sind, die vorzugsweise eine Federkonstante, aus einem Wertebereich zwischen 0,05 N/mm und 3 N/mm, vorzugsweise zwischen 0,2 N/mm und 1 N/mm aufweist und/oder eine Vorspannkraft in der kernbereichsseitigen Endlage aus einem Wertebereich zwischen 1 N und 20 N, vorzugsweise zwischen 4 N und 6 N aufweist.

[0024] Die Erfindung führt auch auf die Verwendung einer vorgenannten Stellvorrichtung für eine Nockenwellenverstellvorrichtung sowie auf eine Nockenwellenverstellvorrichtung. Diese umfasst mindestens eine mit einer Steuernut versehene Nocke, die mit dem Eingriffsbereich des Stellelementes zusammenwirkt, wobei das Stellelement durch Bestromen der Spuleneinrichtung, unterstützt durch die Federkraft der Federmittel in Richtung der nockenseitigen Endstellung verstellbar ist und von der Nockenoberfläche durch Rotation der Nocke in Richtung kernbereichsseitiger Endstellung zurückgeworfen wird.

[0025] Darüber hinaus führt die Erfindung auf eine Ankerbaugruppe, insbesondere zum Einsatz in einer nach dem Konzept der Erfindung ausgebildeten Stellvorrichtung, ganz besonders bevorzugt zum Einsatz in einer Nockenwellenverstellvorrichtung. Die Ankerbaugruppe zeichnet sich durch Permanentmagnetmittel aus, die ausgebildet und bestimmt sind, einen nicht zur Ankerbaugruppe sondern zur Stellvorrichtung gehörenden, stationären Kernbereich axial zu überlappen, und zwar durch radial äußeres Übergreifen in axialer Richtung und/oder durch Eingreifen in eine, vorzugsweise ringförmige Vertiefung im Kernbereich. Hierzu weisen die Permanentmagnetmittel einen, vorzugsweise inneren Flächenabschnitt auf, der sich bevorzugt zumindest näherungsweise senkrecht zur axialen Verstellrichtung des Stellelementes erstreckt und der zusammen mit einer entsprechenden, vorzugsweise dazu parallelen Fläche des Kernbereichs einen Arbeitsluftspalt begrenzt.

[0026] Darüber hinaus weisen die Permanentmagnetmittel zur Realisierung der axialen Überlappung einen diesen Flächenabschnitt axial in Richtung Kernbereich überragenden Überlappungsabschnitt auf zum Überlappen des Kernbereichs durch radial äußeres Übergreifen und/oder durch Eingreifen in eine Vertiefung im Kernbereich. Vorstehende bevorzugte Ausführung der Ankerbaugruppe soll auch im Zusammenhang mit der beanspruchten Stellvorrichtung als offenbart gelten.

[0027] Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele sowie anhand der Zeichnungen.

[0028] Diese zeigen in:

Fig. 1:

einen Längsschnitt durch eine elektromagnetische Stellvorrichtung gemäß einer bevorzugten Ausführungsform,

Fig. 2a:

eine stark schematisierte Ansicht einer Ankerbaugruppe und eines Kernelementes, wobei sich Permanentmagnetmittel und Kernbereich in einer Hubanfangslage axial überlappen können,

Fig. 2b:

eine zugehörige Permanentmagnetkraft-Hub-Kennlinie,

Fig. 3a:

eine Anordnung aus Ankerbaugruppe mit Permanentmagnetmitteln sowie einen gegenüberliegenden Kernbereich gemäß dem Stand der Technik, wobei hier die Anordnung als Flachankersystem ausgeführt ist,

Fig. 3b:

eine zugehörige Magnetkraft-Hub-Kennlinie, und

Fig. 4

eine alternative Anordnung aus Ankerbaugruppe mit Permanentmagnetmitteln, wobei hier das Stellelement axial in eine korrespondierende Vertiefung des Kernbereichs eintaucht.

[0029] In den Figuren sind gleiche Elemente und Elemente mit der gleichen Funktion mit den gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet.

[0030] In Fig. 1 ist eine elektromagnetische Stellvorrichtung 1 zum Einsatz in einer Nockenwellenverstellvorrichtung gezeigt. Die Stellvorrichtung entspricht von ihrem grundsätzlichen Aufbau her der in Fig. 1 der DE 201 114 466 U1 gezeigten Stellvorrichtung, so dass bezüglich der Gemeinsamkeiten auf die diesbezügliche Figurenbeschreibung verwiesen wird, die als zur Offenbarung der vorliegenden Anmeldung gehörig offenbart gelten soll. Der wesentliche Unterschied zu der Stellvorrichtung aus dem Stand der Technik besteht darin, dass sich Kernbereich und Permanentmagnetmittel in der kernseitigen Endlage axial überlappen und nicht wie im Stand der Technik mit einer Flachankerbaugruppe gearbeitet wird.

[0031] Gleichzeitig sind die Federmittel anders dimensioniert - die Federmittel bei der hier gezeigten Ausführungsform weisen bevorzugt eine höhere Vorspannkraft und eine niedrigere Federkonstante auf. Im Detail:

Die elektromagnetische Stellvorrichtung 1 umfasst ein zwischen einer kernbereichsseitigen Hubanfangslage und einer axial beabstandeten Hubendlage bewegbares, kolbenförmiges Stellelement 2, welches im Bereich seines von einem stationären Kernbereich 3 abgewandten Endes einen Eingriffsbereich 4 zum Eintauchen in einer Steuernut einer nicht dargestellten Nocke eines Verbesserungsmotors aufweist. Das Stellelement 2 trägt mantelseitig Permanentmagnetmittel 5, umfassend einen scheibenringförmigen, axial magnetisierten Permanentmagnet 6 sowie zwei Polscheiben, die den Permanentmagnet 6 axial zwischen sich aufnehmen und die ebenfalls mantelseitig am Stellelement 2 angeordnet sind, welches die Permanentmagnetmittel 5 axial durchsetzt. Dabei handelt es sich zum einen um eine kernbereichsseitige Polscheibe 7 und eine eingriffsbereichsseitige Polscheibe 8. Die eingriffsbereichsseitige Polscheibe 8 dient zur Umlenkung des magnetischen Flusses in radialer Richtung. Die kernbereichsseitige Polscheibe 7 hat eine Kennlinienanpassungsfunktion und eine Stabilisierungsfunktion, da diese bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel in unmittelbare Wechselwirkung tritt mit dem Kernbereich 3.

[0032] Wie sich aus Fig. 1 ergibt, ist die kernbereichsseitige Polscheibe 7 napfartig ausgeformt und weist einen radial inneren Flächenabschnitt 9 auf, der sich senkrecht zur Längserstreckung des Stellelementes 2 erstreckt, und der mit der gegenüberliegenden parallelen Fläche des Kernbereichs 3 einen Arbeitsluftspalt begrenzt. Der Flächenabschnitt 9 wird axial überragt von einem Überlappungsabschnitt 10, der von einer Ringwand gebildet ist und welcher in der gezeigten Endlage den Kernbereich 3 seitlich, hier radial außen in axialer Richtung übergreift, so dass ein Teil des Magnetflusses über diesen Überlappungsbereich 10 fließt, wodurch die resultierende permanentmagnetische Haltekraft zwischen den Permanentmagnetmitteln 5 und dem Kernbereich 3 über einen längeren Hub in Richtung der gegenüberliegenden Endlage aufrechterhalten bzw. auf hohem Niveau bleibt.

[0033] In einem Bereich radial benachbart zum Kernbereich 3 befindet sich eine Spuleinrichtung 11 mit Spulenträger 12 und bestrombarer Spule 13, deren Bestromung eine Bewegung des Stellelementes 2 von dem Kernbereich 3 weg Richtung Nocke bewirkt. Diese Verstellbewegung wird unterstützt von einer Druckfeder gebildeten Federmitteln 14, die in dem gezeigten Ausführungsbeispiel in einer zentrischen Öffnung des Kernbereichs 3 aufgenommen ist und die sich axial am Kernbereich sowie am Stellelement 2 abstützt. Die Federmittel 14 werden bei einer Verstellbewegung des Stellelementes 2 durch dieses axial vorgespannt bis zu einer maximalen Vorspannkraft, die möglichst hoch gewählt ist. Gleichzeitig ist die Kraftwegkennlinie der Federmittel 14 vergleichsweise flach, um eine möglichst lange Beschleunigungsunterstützung des Stellelementes 2 zu erreichen. Eine derartige Federmittelauslegung 14 ist aufgrund des erfindungsgemäßen Überlappens von Kernbereich 3 und Permanentmagnetmitteln 5 möglich.

[0034] In dem gezeigten Ausführungsbeispiel sind die Permanentmagnetmittel 5 am Innenumfang eines magnetisch leitenden Gehäuses 15 geführt und das Stellelement 2 ist an einem in dem gezeigten Ausführungsbeispiel beispielhaft als separater Hülsenabschnitt 16 des Gehäuses geführt.

[0035] In Fig. 2a ist stark vereinfacht eine Konfiguration von Kernbereich 3 und Stellelement 2 mit Permanentmagnetmitteln 5 gezeigt. Zu erkennen ist die kernbereichsseitige, napfförmige Polscheibe 7 zum überlappenden Zusammenwirken mit dem Kernbereich 3. Hier sind verschiedene Konfigurationen denkbar. Anstatt oder zusätzlich zur radial äußeren axialen Übergreifung des Kernbereichs können die Permanentmagnetmittel 5 in eine beispielsweise ringförmige oder zentrische Öffnung im Kernbereich 3 eingreifen. Ebenso kann dann der Kernbereich die Permanentmagnetmittel 5 radial außen in axialer Richtung übergreifend ausgebildet sein oder eingreifend in eine, beispielsweise ringförmige Öffnung in den Permanentmagnetmitteln 5, insbesondere in der Polscheibe 7. Auch kann die geometrische Gestaltung des Überlappungsbereichs anders als schematisch dargestellt, beispielsweise konisch konturiert ausgeführt sein.

[0036] In Fig. 2b ist eine zugehörige Permanentkraft in einer Kraft- bzw. Hub- (F) / Weg (s) -Kennlinie K1 gezeigt. Zu erkennen ist ein abgeflachter Bereich der Kennlinie nach einem anfänglichen stärker abfallenden Bereich. Diese Abflachung (Sattel- oder Terrassenabschnitt) wird durch die axiale Überlappung erreicht. Hierdurch ist es möglich eine Feder mit einer Federkennlinie F1 mit vergleichsweise hoher Vorspannkraft und flachem Verlauf einzusetzen. Etwa im Bereich der senkrechten strichlierten Linie werden die Federmittel 14 ausschließlich aufgrund der Permanentmagnetkraftwirkung der Permanentmagnetmittel 5 in Richtung kernbereichsseitige Endlage gezogen. Durch die flache Ausgestaltung der Federkennlinie wird eine Beschleunigungsunterstützung des Stellelementes über seinen gesamten Hub in Richtung nockenwellenseitige Endlage erreicht.

[0037] Eingezeichnet ist in dem Diagramm auch eine nicht zu bevorzugende Federkennlinie F2 einer Feder mit geringerer Vorspannkraft, wobei aus Vereinfachungsgründen die gleiche Federkonstante gewählt wurde. Diese Feder würde zu einer geringeren Beschleunigungswirkung führen.

[0038] Vergleicht man nun die Konfiguration gemessen in Fig. 2a und 2b mit der Stand der Technik-Konfiguration gemäß den Fig. 3a und 3b stellt man den Vorteil einer erfindungsgemäßen Ausgestaltung fest. In Fig. 2a ist die Anordnung aus einem Stellelement 2 mit Permanentmagnetmitteln 5 gezeigt, wobei die Anordnung als Flachankersystem ausgebildet ist, d.h. die Permanentmagnetmittel wirken nicht überlappend mit dem Kernbereich zusammen. Hieraus resultiert die in Fig. 3b gezeigte hyperbelförmige Kennlinie K2 der Permanentmagnetmittel in Permanentmagnetkraft (F) Hub (s) - Diagramm gemäß Fig. 3b. Zur Verdeutlichung der Vorteilhaftigkeit der Erfindung gegenüber dem Stand der Technik-Ausführungsform sind die gleichen Federkennlinien F1, F2 eingezeichnet, wobei die Federkennlinie F1 die hyperbelförmige Kennlinie K2 nach einem bereits sehr kurzen Hub schneidet, so dass eine Feder mit der Federkennlinie F2 gewählt werden muss, um den gleichen, senkrecht strichliert dargestellten Rückholpunkt, der häufig systembedingt vorgegeben ist einhalten zu können.

[0039] Dies führt dann jedoch zu der Feder mit der geringeren Vorspannkraft und damit zu einer schlechteren Beschleunigungsunterstützung des Stellelementes in Richtung von dem Kernbereich weg.

[0040] In Fig. 4 ist stark vereinfacht eine weitere alternative Konfiguration von Kernbereich 3 und Stellelement 2 mit Permanentmagnetmitteln 5 gezeigt. Im Gegensatz zu dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 2a ist hier der Kernbereich napfförmig ausgeformt und die kernbereichsseitige Polscheibe 7 tragt axial in den von dem Kernbereich 3 gebildeten Napf hinein, und zwar zentrisch. Bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel ist das Stellelement, genauer die Polscheibe 7 bzw. deren Axialfortsatz im Kernbereich geführt.

Bezugszeichen

[0041] 

1

Stellvorrichtung

2

Stellelement

3

Kernbereich

4

Eingriffsbereich

5

Permanentmagnetmittel

6

Permanentmagnet

7

Polscheibe

8

Polscheibe

9

Flächenabschnitt

10

Überlappungsabschnitt

11

Spuleneinrichtung

12

Spulenträger

13

Spule

14

Federmittel

15

Gehäuse

16

Hülsenabschnitt

F1

Federkennlinie

F2

Federkennlinie

K1

Kennlinie

K2

Kennlinie

Ansprüche

1. Nockenwellenverstellvorrichtung mit einer eine Steuernut aufweisenden Nocke eines Verbrennungsmotors und einer bistabilen elektromagnetischen Stellvorrichtung (1), mit einem endseitig einen Eingriffsbereich (4) ausbildenden und axial zwischen zwei Endlagen bewegbaren Stellelement (2), zum Eingreifen in die Steuernut der Nocke, und mit einer relativ zu dem Stellelement (2) stationär vorgesehenen und zum Ausüben einer Kraft auf dieses ausgebildeten Spuleneinrichtung (11), wobei das Stellelement (2) Permanentmagnetmittel (5) aufweist, die zum Zusammenwirken mit einem relativ zu dem Stellelement (2) stationär vorgesehenen Kernbereich (3) ausgebildet sind, und wobei die Spuleneinrichtung (11) zum Erzeugen einer einer Haltekraft der Permanentmagnetmittel (5) entgegenwirkenden und diese vom Kernbereich (3) lösenden Gegenkraft als Reaktion auf ein elektronisches Ansteuersignal ausgebildet ist und wobei Federmittel (14) vorgesehen sind, die das Stellelement (2) in eine von dem Kernbereich (3) wegweisende Axialrichtung federkraftbeaufschlagend angeordnet sind, wobei die Permanentmagnetmittel (5) mindestens einen, axial magnetisierten Permanentmagneten (6) und eine auf der dem Kernbereich (3) zugewandten Seite eine Polscheibe (7) aus magnetisch leitfähigem Material aufweisen und eine von dem Kernbereich (3) abgewandte Polscheibe (8) aus einem magnetisch leitenden Material umfassen, und wobei das Stellelement (2) durch Bestromen der Spuleneinrichtung (11) in eine Endstellung verstellbar ist, in der es mit seinem Eingriffsbereich (4) in die Steuernut eingreift und das von der Nocke durch ihre Rotation in Richtung einer kernbereichsseitigen Hubanfangslage beschleunigbar ist in der die Federmittel (14) mittels des Stellelementes (2) maximal vorgespannt sind,
dadurch gekennzeichnet,
dass sich der Kernbereich (3) und die auf der dem Kernbereich zugewandten Seite angeordnete Polscheibe (7) der Permanentmagnetmittel (5) in der kernbereichseitigen Hubanfangslage in axialer Richtung zur Beeinflussung des Rückholpunktes überlappen.

2. Nockenwellenverstellvorrichtung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
dass die dem Kernbereich (3) zugewandte Polscheibe (7) der Permanentmagnetmittel (5) den Kernbereich (3) radial außen in axialer Richtung übergreifend und/oder in eine kernbereichsseitige, insbesondere konzentrische oder zentrische, Vertiefung des Kernbereichs (3) axial eingreifend ausgeformt und angeordnet ist.

3. Nockenwellenverstellvorrichtung nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Polscheibe (7, 8) napfförmig konturiert ist und eine Napfwandung den Kernbereich (3) axial übergreift und/oder in die kernbereichsseitige Vertiefung eingreift.

4. Nockenwellenverstellvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Kernbereich (3) die Permanentmagnetmittel (5), insbesondere radial außen axial übergreifend und/oder in eine permanentmagnetmittelseitige, insbesondere polscheibenseitige, bevorzugt konzentrische oder zentrische Vertiefung der Permanentmagnetmittel (5) axial eingreifend ausgeformt und angeordnet ist.

5. Nockenwellenverstellvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass sich Kernbereich (3) und Permanentmagnetmittel (5) in der kernbereichsseitigen Endlage über eine in axialer Richtung gemessene Strecke aus einem Wertebereich zwischen 0,1 mm und 3 mm, vorzugsweise zwischen 0,5 mm und 1,5 mm axial überlappend ausgebildet sind.

6. Nockenwellenverstellvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass ein axialer, insbesondere ringförmiger, Überlappungsabschnitt (10) der Permanentmagnetmittel (5) und/oder des Kernbereichs (3) umfangsgeschlossen und/oder konisch oder zylindrisch konturiert ist.

7. Nockenwellenverstellvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Federmittel (14) Druckfedermittel umfassen und/oder als Druckfedermittel ausgebildet sind, die vorzugsweise eine Federkonstante aus einem Wertebereich zwischen 0,05 N/mm und 3 N/mm, vorzugsweise zwischen 0,2 N/mm und 1 N/mm aufweist.

Claims

1. A camshaft adjustment device with a cam of an internal combustion engine, the cam having a control groove, and a bistable electromagnetic actuating device (1) with an actuating element (2) forming an engagement region (4) at the end side and axially movable between two end positions for engagement into the control groove of the cam, and with a coil apparatus (11) provided stationarily relative to the actuating element (2) and constructed for exerting a force onto the actuating element, wherein the actuating element (2) has permanent magnet means (5), which are constructed for interacting with a core region (3) provided stationarily relative to the actuating element (2), and wherein the coil apparatus (11) is constructed for generating a counter force counteracting a retaining force of the permanent magnet means (5) and releasing the permanent magnet means from the core region (3) as a reaction to an electronic control signal, and wherein spring means (14) are provided, which are arranged such that they load the actuating element (2) with spring force in an axial direction pointing away from the core region (3), wherein the permanent magnet means (5) have at least one axially magnetised permanent magnet (6) and a pole disc (7) made from magnetically conductive material on the side facing the core region (3) and comprise a pole disc (8) made from magnetically conductive material and facing away from the core region (3), and wherein the actuating element (2) is adjustable into an end position by powering the coil apparatus (11), in which it engages by means of its engagement region (4) into the control groove and is able to be accelerated by the cam by means of the rotation thereof in the direction of an initial position of travel on the core region side, wherein the spring means (14) are maximally prestressed by means of the actuating element (2),
characterized in that
the core region (3) and the pole disc (7) of the permanent magnet means (5), on the side facing the core region, overlap in the initial position of travel on the core region side in the axial direction for influencing the return point.

2. The camshaft adjustment device according to Claim 1,
characterized in that
the pole disc (7) of the permanent magnet means (5), which pole disc faces the core region (3), is shaped and arranged radially outwardly overlapping the core region (3) in the axial direction and/or axially engaging into an in particular concentric or centric depression of the core region (3) on the core region side.

3. The camshaft adjustment device according to Claim 2,
characterized in that
the pole disc (7, 8) is contoured in a cup-shaped manner and a cup wall axially overlaps the core region (3) and/or engages into the depression on the core region side.

4. The camshaft adjustment device according to one of the preceding claims,
characterized in that
the core region (3) is shaped and arranged in particular radially outwardly axially overlapping the permanent magnet means (5) and/or axially engaging into a preferably concentric or centric depression of the permanent magnet means (5) on the permanent magnet side, in particular on the pole disc side.

5. The camshaft adjustment device according to one of the preceding claims,
characterized in that
the core region (3) and permanent magnet means (5) in the end position on the core region side are constructed axially overlapping over a distance measured in the axial direction from a value range between 0.1 mm and 3 mm, preferably between 0.5 mm and 1.5 mm.

6. The camshaft adjustment device according to one of the preceding claims,
characterized in that
an axial, in particular annular, overlapping section (10) of the permanent magnet means (5) and/or of the core region (3) is contoured with a closed circumference and/or conically or cylindrically,

7. The camshaft adjustment device according to one of the preceding claims,
characterized in that
the spring means (14) comprise compression spring means and/or are constructed as compression spring means, which preferably has a spring constant from a value range between 0.05 N/mm and 3 N/mm, preferably between 0.2 N/mm and 1 N/mm.

Revendications

1. Dispositif de réglage d'arbre à cames avec une came de moteur à combustion interne présentant une rainure de commande et avec un appareil de réglage électromagnétique bistable (1), avec un élément de réglage (2) formant à l'extrémité une zone de prise (4) et déplaçable axialement entre deux positions d'extrémité, destinée à s'engager dans la rainure de commande de la came, et avec un agencement de bobine (11) prévu en position stationnaire par rapport à l'élément de commande (2) et configuré pour exercer une force sur celui-ci, dans lequel l'élément de réglage (2) présente des moyens d'aimant permanent (5), qui sont configurés pour coopérer avec une région de noyau (3) prévue en position stationnaire par rapport à l'élément de réglage (2), et dans lequel l'agencement de bobine (11) est configuré pour produire, en réaction à un signal de commande électronique, une force opposée s'opposant à une force de retenue des moyens d'aimant permanent (5) et dégageant ceux-ci de la région de noyau (3), et dans lequel il est prévu des moyens de ressort (14), qui sont disposés de façon à appliquer une force élastique à l'élément de réglage (2) dans une direction axiale s'éloignant de la région de noyau (3), dans lequel les moyens d'aimant permanent (5) présentent au moins un aimant permanent à magnétisation axiale (6) et, sur le côté tourné vers la région de noyau (3), un disque polaire (7) en un matériau magnétiquement conducteur, et comprennent un disque polaire (8) en un matériau magnétiquement conducteur détourné de la région de noyau (3), et dans lequel l'élément de réglage (2) peut être déplacé, en faisant circuler un courant dans l'agencement de bobine (11), dans une position d'extrémité dans laquelle il s'engage par sa zone de prise (4) dans la rainure de commande et il peut être accéléré par la came, du fait de sa rotation, en direction d'une position de début de course du côté de la région de noyau, dans laquelle les moyens de ressort (14) sont en état de précontrainte maximale au moyen de l'élément de réglage (2), caractérisé en ce que la région de noyau (3) et le disque polaire (7) des moyens d'aimant permanent (5), disposé sur le côté tourné vers la région de noyau, se chevauchent en direction axiale dans la position de début de course du côté de la région de noyau afin d'influencer le point de rappel.

2. Dispositif de réglage d'arbre à cames selon la revendication 1, caractérisé en ce que le disque polaire (7) des moyens d'aimant permanent (5) tourné vers la région de noyau (3) est configuré et disposé de façon à recouvrir radialement à l'extérieur la région de noyau (3) en direction axiale et/ou de façon à s'engager axialement dans un creux du côté de la région de noyau, en particulier concentrique ou centré, de la région de noyau (3).

3. Dispositif de réglage d'arbre à cames selon la revendication 2, caractérisé en ce que le disque polaire (7, 8) présente un profil en forme de cuvette et une paroi de cuvette recouvre axialement la région de noyau (3) et/ou s'engage dans le creux du côté de la région de noyau.

4. Dispositif de réglage d'arbre à cames selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la région de noyau (3) est configurée de façon à recouvrir axialement, en particulier radialement à l'extérieur, les moyens d'aimant permanent (5) et/ou à s'engager axialement dans un creux de préférence concentrique ou centré des moyens d'aimant permanent (5) du côté des moyens d'aimant permanent, en particulier du côté du disque polaire.

5. Dispositif de réglage d'arbre à cames selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la région de noyau (3) et les moyens d'aimant permanent (5) sont configurés de façon à se chevaucher axialement, dans la position d'extrémité du côté de la région de noyau, sur une distance mesurée en direction axiale dans une plage de valeurs comprise entre 0,1 mm et 3 mm, de préférence entre 0,5 mm et 1,5 mm.

6. Dispositif de réglage d'arbre à cames selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'une zone de chevauchement axiale (10), en particulier annulaire, des moyens d'aimant permanent (5) et/ou de la région de noyau (3), est fermée en périphérie et/ou présente un profil conique ou cylindrique.

7. Dispositif de réglage d'arbre à cames selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les moyens de ressort (14) comprennent des moyens de ressort de pression et/ou sont réalisés sous la forme de moyens de ressort de pression, qui présentent de préférence une constante de rappel dans une plage de valeurs comprise entre 0,05 N/mm et 3 N/mm, de préférence entre 0,2 N/mm et 1 N/mm.

Zeichnung