Die vorliegende Erfindung betrifft eine elektromagnetische Stellvorrichtung nach dem Oberbegriff des Hauptanspruchs. Derartige Vorrichtungen sind beispielsweise aus dem Deutschen Gebrauchsmuster 201 14 466 bekannt und eignen sich für zahlreiche Stellvorrichtungen. Ein bevorzugter Anwendungsfall einer derartigen Vorrichtung ist die Nockenwellenverstellung; hierbei wirkt die mit der bewegbaren Ankereinheit verbundene Schiebe- bzw. Stößeleinheit auf eine Nockenwelle eines Verbrennungskraftmotors und bewirkt so eine gewünschte Verstellfunktionalität.

Gerade im Kontext eines Verbrennungsmotors oder dergleichen Anwendungsgebiet kommt es dabei besonders auf einen zuverlässigen Betrieb an, wobei etwa die besonderen Umgebungsbedingungen (hohe Temperatur, Vibration, ggf. ein frostkalter Motor) zu gelegentlichen Fehlfunktionen führen, welche zuverlässig detektiert werden müssen. Entsprechend sind für elektromagnetische Stellvorrichtungen aus dem Stand der Technik sogenannte Rückstell-Erfassungstechnologien bekannt, wobei beispielsweise ein in einem unbestromten Zustand der Spuleneinheit erfasstes und ausgewertetes Induktionssignal der sich entsprechend der Nockenwellenstellung bewegenden Ankereinheit an den Anschlussklemmen der Spuleneinheit ausgewertet wird. Eine derartige Vorrichtung zeigt beispielsweise die DE 10 2006 035 225 A1 der Anmelderin.

Diese Technologie, mit weiteren ähnlichen, an dieser Stelle nicht vertieften Ansätzen aus dem Stand der Technik, weist jedoch den Nachteil auf, dass eine Fehlfunktion aus einem jeweiligen Anschlussklemmensignal nur schwer zu ermitteln ist und entsprechend eine nachgeschaltete Auswerteelektronik aufwändig und selbst wiederum fehleranfällig ist. Hinzu kommt der Nachteil, dass diese bekannte Induktionstechnologie prinzipbedingt nur eine Bewegung des Stößels bzw. der Ankereinheit ermitteln kann, nicht jedoch eine jeweilige Stößelposition; insbesondere ist es mit Mitteln zur Auswertung einer Induktions-Spulenspannung nicht möglich, eine (stehende) Endposition des etwa in die Nockenwelle eingreifenden Stößels zuverlässig zu erfassen.

Entsprechend schlägt die zum Zeitpunkt der vorliegenden Anmeldung noch nicht öffentliche Gebrauchsmusteranmeldung 20 2009 006 940 der Anmelderin vor, alternativ zur Messung einer (durch die Permanentmagneteinheit induzierten) Spulenspannung zur Positionserfassung des Ankers stationäre Sensormittel (als Magnetfeld-Detektionsmittel) in einem Gehäuse bzw. einer Trägereinheit der Stellvorrichtung vorzusehen, welche magnetisch detektierend mit den Permanentmagnetmitteln zusammenwirken und als Reaktion auf eine Bewegung bzw. Position der Permanentmagnetmittel (entsprechend etwa einer Bewegung bzw. Position der Ankereinheit) ein zugehöriges Magnetfeld-Detektionssignal zur weiteren Verarbeitung ausgeben. Dieses Signal ist zunächst unabhängig von einem Bestromungs- bzw. Nicht-Bestromungszustand der Spuleneinheit und insbesondere auch unabhängig von einer Bewegungs- bzw. Stillstandssituation des Ankers, wie die Fig. 9 zum herangezogenen internen Stand der Technik aus dieser Gebrauchsmusteranmeldung verdeutlicht: in einer (nicht gezeigten) Gehäuseeinheit ist eine stationäre Spuleneinheit 10 vorgesehen, welche um einen stationären Kern 12 herum gebildet ist. Relativ zu diesen stationären Einheiten in axialer Richtung (d.h. Längsrichtung in der Fig. 9) bewegbar gelagert ist eine Ankereinheit 14 mit ansitzender Stößeleinheit 16, welche mit ihrem eingriffseitigen Ende 18 in ansonsten bekannter Weise zum Zusammenwirken mit einer Nut einer Nockenwellenverstellung ausgebildet ist.

Die Ankereinheit 14 weist eine (scheibenförmige) Permanentmagneteinheit 20 auf, welche in der gezeigten Weise axial magnetisiert ist und so der Kerneinheit 12 gegenübersteht, dass als Reaktion auf ein Bestromen der Spuleneinheit 10 die Ankereinheit 14 samt ansitzender Stößeleinheit 16 (diese ist entweder fest oder durch Haltekraft der Permanentmagneteinheit 20 lösbar auf dieser gehalten) in axialer Richtung (d.h. in der Fig. 9 abwärts) bewegt wird.

Zur Realisierung der Positionsdetektion ist bei diesem internen Stand der Technik der Permanentmagneteinheit 20 eine stationäre Sensoreinheit 22 (geeignet im in den Figuren nicht gezeigten Gehäuse vorgesehen) zugeordnet, welche das Permanentmagnetfeld detektiert und, etwa realisiert als Hall-Sensor, dieses Magnetfeld sowie dessen Änderung durch Bewegung der Ankereinheit 14 erfassen und einer nachfolgenden elektronischen Auswertung zuführen kann.

Damit ist diese Lösung in der Lage, die prinzipbedingten Nachteile des vorstehend diskutierten, veröffentlichten Standes der Technik zu überwinden.

Allerdings ist auch eine solche Lösung, welche anhand der Fig. 9 generisch und schematisch gezeigt wurde und dann im Einzelfall natürlich konkret auszugestalten ist, verbesserungsbedürftig. So zeigt zwar der idealisierte Zustand der Schemadarstellungen der Fig. 10a (angezogener Zustand der Ankereinheit 14, gezeigt ist nur dessen Permanentmagnetscheibe (20) bzw. der Fig. 10b (entfernter Zustand der Ankereinheit) von der schematisch gezeigten Spuleneinheit 10 samt Kern 12, dass wirksam die Sensoreinheit 22 durch jeweils unterschiedlichen Feldverlauf 21 der Permanentmagneteinheit 20 relativ zur feststehenden Sensoreinheit 22 eine gute Positionsunterscheidung treffen kann (wobei das schematische Signaldiagramm gemäß Fig. 10b insoweit auch den Bewegungsverlauf des Abfallens gegenüber dem Pegel der Fig. 10a verdeutlicht).

Unter Berücksichtigung eines stets im Bestromungsfall der Spuleneinheit 10 vorhandenen Spulenfeldes (siehe hierzu die Feldlinien 11) zeigt sich jedoch, dass diese in der Überlagerung eine mögliche Fehlfunktion der Sensoreinheit 22 bewirken können. So überlagern nämlich insbesondere die magnetischen Feldlinien des Spulenfeldes 11 einen etwaigen Detektionszustand im abgefallen Zustand (Fig. 11 b) der Ankereinheit, so dass dann möglicherweise diese Ankerposition im Bestromungsfall nicht korrekt durch die Sensoreinheit 22 detektiert werden würde.

Aus der DE 10 2008 019 398 A1 ist eine elektromagnetische Stellvorrichtung bekannt, mit einer als Reaktion auf eine Bestromung einer stationären, axial ausgerichteten Spuleneinheit entlang der oder parallel zur axialen Richtung antreibbaren Ankereinheit, die zum Zusammenwirken mit einer sich in der axialen Richtung erstreckenden Schieber- und/oder Stösseleinheit ausgebildet ist, wobei an und/oder in der Ankereinheit und/oder der Schieber- bzw. Stösseleinheit Permanentmagnetmittel vorgesehen sind und die Spuleneinheit und die Ankereinheit zumindest teilweise in einer Gehäuse- oder Trägereinheit aufgenommen sind, wobei der Trägereinheit zum berührungslosen magnetischen Zusammenwirken mit den Permanentmagnetmitteln ausgebildete stationäre Magnetfeld-Detektionsmittel zugeordnet und so ausgebildet sind, dass in einem Bestromungs- sowie einem Nicht-Bestromungszustand der Spuleneinheit durch Auswertung eines Magnetfeld-Detektionssignals der Magnetfeld-Detektionsmittel eine axiale Position der Ankereinheit und/oder der Schieber- bzw. Stösseleinheit elektronisch ermittelbar ist und der Spuleneinheit magnetische Flussleitmittel so zugeordnet sind, dass diese ein von der Spuleneinheit erzeugtes magnetisches Spulenfeld von den Magnetfeld-Detektionsmitteln ableiten und/oder gegenüber diesen abschwächen.

Zum weiteren Stand der Technik wird verwiesen auf die DE 199 39 428 C1, die US 4,690,371 sowie die FR 2 886 485.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine gattungsgemäße Vorrichtung, welche zusätzlich stationäre Magnetfeld-Detektionsmittel zum Zusammenwirken mit durch Ankerbewegung bewegten Permanentmagnetmitteln zur Positions- und Bewegungsdetektion aufweist, in ihren Detektionseigenschaften zu verbessern, insbesondere einen etwaigen schädlichen Einfluss eines magnetischen Spulenfeldes zu überwinden.

Die Aufgabe wird durch die elektromagnetische Stellvorrichtung mit den Merkmalen des Hauptanspruchs gelöst; vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen beschrieben.

In erfindungsgemäß vorteilhafter Weise sind der beschriebenen Vorrichtung, genauer der Spuleneinheit, zusätzlich magnetische Flussleitmittel zugeordnet, die so ausgebildet sind, dass sie ein von der Spuleneinheit im bestromten Zustand erzeugtes magnetisches Spulenfeld von den Magnetfeld-Detektionsmitteln geeignet ableiten, abschirmen und/oder gegenüber den Magnetfeld-Deteketionsmitteln abschwächen ohne gleichzeitig eine Detektion des Permanentmagnetfeldes der Permanentmagnetmittel durch die Magnetfeld-Detektionsmittel in erheblicher Weise zu beeinträchtigen oder nachteilig zu beeinflussen.

Besonders vorteilhaft wird dies dadurch realisiert, dass die Flussleitmittel in Form von aus einem magnetisch leitenden Material, z.B. Weicheisen, realisierten Flussleitelementen gebildet sind und so benachbart der Spuleneinheit und/oder achsparallel zu dieser verlaufend vorgesehen sind, dass in diesen Flussleitelementen das Spulenmagnetfeld gebündelt wird, mithin eine Abschirmung oder Schwächung des (Spulen-) Magnetfeldes auf die Sensoreinheit erfolgt. Dies führt dann erfindungsgemäß zu der beabsichtigten Verbesserung des Bewegungs- bzw. Positionsmessverhaltens durch diese Sensormittel (Magnetfeld-Detektionsmittel).

Dabei ist es im Rahmen bevorzugter Ausführungsbeispiele besonders bevorzugt, ein solches Flussleitelement (entweder allein, oder als Gruppe vorgesehen und weiter bevorzugt etwa mit einer gemeinsamen, z.B. bezogen auf die Spuleneinheit stirnseitigen, Platte verbunden) langgestreckt auszubilden, weiter bevorzugt platten- oder profilartig auszuformen und diesem/n gegenüber den Magnetfeldsensor so anzuordnen, dass der Sensor geeignet außerhalb, etwa stirnseitig, von einem durch die Flussleitmittel erzeugten Flussleit-, Bündel- bzw. Abschirmraum liegt, damit selbst unbeeinträchtig mit den ankerseitigen Permanentmagnetmitteln zusammenwirken kann.

So ist es beispielsweise im Rahmen bevorzugter Realisierungsformen vorgesehen, in der Art einer eine Spulenvorrichtung oder mehrere benachbarte Spulenvorrichtungen käfigartig rand- bzw. eckseitig umschließend mehrere langgestreckte Flussleitelemente achsparallel zu den bzw. der Spulenvorrichtung(en) anzuordnen, wobei sich weiter bevorzugt diese Flussleitelemente entlang der axialen Spulenlänge erstrecken und dann die Sensoreinheit stirnseitig dieser Anordnung (bzw. einem einzigen Flussleitelement in der axialen Verlängerung) gegenübersteht. Am der Sensoreinheit gegenüberliegenden stirnseitigen Ende der Flussleitelemente kann dann in geeigneter Weise ein (wiederum flussleitend verbundenes) flaches Leitelement für alle Flussleitelemente vorgesehen sein.

Alternativ und im Rahmen weiterer bevorzugter Ausführungsformen der Erfindung ist es günstig, eine einzelne Spuleneinheit oder mehrere Spuleneinheiten jeweils einzeln oder gemeinsam mantelseitig eine die magnetischen Flussleitmittel realisierende Schale aus einem magnetisch leitenden Material, etwa Weicheisen, zuzuordnen; diese Schale kann dann etwa zylindrisch bzw. zylinderabschnittsförmig gebogen sein, weiterbildungsgemäß zusätzlich, etwa im Fall eines Spulenpaares, ein sich axial erstreckendes, längliches Abschirmblech als Flussleitelement aufweisen.

Im Rahmen bevorzugter Realisierungsformen der Erfindung ist dabei die Schieber- bzw. Stößeleinheit lösbar mit der Ankereinheit verbunden, und zwar dergestalt, dass Permanentmagnetkraft der Permanentmagnetmittel die Stößeleinheit (lösbar) an der Ankereinheit festhält. Dadurch erhält die erfindungsgemäße Permanentmagneteinheit eine mehrfach synergistische Wirkung: zum einen sorgt sie durch ihre Abstoßungskraft bei Bestromung der Spule für die Ankerbewegung im Rahmen der elektromagnetischen Stellfunktion der Stellvorrichtung. Darüber hinaus bietet sie, wie diskutiert, die Möglichkeit, mittels der stationären Magnetfeld-Detektionsmittel (realisiert etwa als stationäre Sensoreinheit), eine Ankerbewegung und -position zu jedem Zeitpunkt zuverlässig zu detektieren, und weiter zusätzlich und vorteilhaft stellt die Permanentmagneteinheit die zuverlässige, gleichwohl lösbare Verbindung zwischen Schieber- bzw. Stößeleinheit und Ankereinheit her (dadurch, dass die Ankereinheit selbst geeignete Permanentmagnetmittel, z.B. eine entsprechend magnetisierte Scheibe, aufweist und dann die Stößeleinheit aus magnetisch leitendem Material, z.B. Weicheisen, besteht).

Im Rahmen der vorliegenden Erfindung wird diese Anordnung magnetisch gegenüber potentiell die Sensorerfassung störenden Einflüssen des Spulenmagnetfeldes abgeschirmt.

Während es im Rahmen bevorzugter Realisierungsformen der Erfindung liegt, einen Hall-Sensor oder dergleichen Magnetfelddetektor für die Magnetfeld-Detektionsmittel einzusetzen, ist die vorliegende Erfindung hierauf nicht beschränkt; vielmehr bieten sich zahlreiche Wege und Möglichkeiten an, einen Magnetfeldsensor für die Magnetfeld-Detektionsmittel zu realisieren und geeignet der Ankereinheit benachbart im Gehäuse vorzusehen.

Während zudem die vorliegende Erfindung prinzipiell bereits für eine einfache Konfiguration aus einer einzelnen Spule mit dieser zugeordneten Ankereinheit und entsprechend einem Sensor günstig realisiert werden kann, ist die vorliegende Erfindung nicht auf eine derartige Konfiguration beschränkt, vielmehr liegt es im Rahmen bevorzugter Realisierungsformen der Erfindung, eine Mehrzahl von Spuleneinheiten vorzusehen, ebenso wie eine Mehrzahl axial parallel oder windschief zueinander verlaufender Ankereinheiten vorzusehen, denen wiederum in geeigneter Weise Spuleneinheiten zugeordnet sind, wobei dann hier entweder einzelne Flussleitelemente für einen gemeinsamen Sensor vorgesehen sein können, oder mehrfache Flussleitelemente für einen gemeinsamen Sensor, oder mehrfache Flussleitelemente mehrere Sensoren abschirmen bzw. ein Spulenfeld für diese geeignet beeinflussen.

Im Ergebnis ermöglicht es die vorliegende Erfindung in überraschend einfacher und wirksamer Weise, die bereits aus dem internen Stand der Technik bekannte Technologie im Hinblick auf ihr Detektionsverhalten, insbesondere ihre Unempfindlichkeit gegenüber etwaigen magnetischen Feldeinflüssen der bestromten Spule, zu verbessern und so die vorliegende Erfindung auch im Hinblick auf einen Magnetfluss anspruchsvollen bzw. problematischen Einsatzbedingungen zugängig zu machen.

Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele anhand der Zeichnungen; diese zeigen in:

Fig. 1a, 1b

ein Schemadiagramm zum Verdeutlichen der Wirkungsweise eines Paares von erfindungsgemäßen Flussleitelementen als magnetische Flussleitmittel betreffend eine wirksame Abschirmung eines magnetischen Spulenfeldes im Hinblick auf eine stationäre Magnetfeld-Detektoreinheit;

Fig. 2, 3

eine Schemaansicht der elektromagnetischen Stellvorrichtung, reduziert auf ein Spulenpaar, ein Permanentmagnet-Scheibenpaar als Anker, eine Flussleitblech sowie einen Magnetfeldsensor zum Verdeutlichen einer möglichen ersten Realisierungsform der Erfindung;

Fig. 4

eine Darstellung analog Fig. 2, 3 eines zweiten Ausführungsbeispiels der Erfindung;

Fig. 5

eine Darstellung analog Fig. 2, 3 eines dritten Ausführungsbeispiels der Erfindung;

Fig. 6

eine Darstellung analog Fig. 2, 3 eines vierten Ausführungsbeispiels der Erfindung;

Fig. 7

eine Darstellung analog Fig. 2, 3 eines fünften Ausführungsbeispiels der Erfindung;

Fig. 8

eine Darstellung analog Fig. 2, 3 eines sechsten Ausführungsbeispiels der Erfindung;

Fig. 9

eine Darstellung des Aufbaus einer elektromagnetischen Nockenwellen-Verstellvorrichtung als Schemaansicht mit einer Ankereinheit, einer dieser zugeordneten Stößeleinheit sowie einer mit Permanentmitteln der Ankereinheit zusammenwirkenden Sensoreinheit, gemäß internem Stand der Technik;

Fig. 10a, 10b

eine Verdeutlichung der idealisierten Sensorfunktionalität der Vorrichtung gemäß Fig. 9 unter Vernachlässigung eines Spulenmagnetfeldes und

Fig. 11a, 11b

eine Darstellung analog Fig. 10a, 10b unter zusätzlicher, die Sensorfunktionalität beeinflussender Berücksichtigung eines Spulenmagnetfeldes in bestromtem Zustand der Spule.

Analog zur Darstellung der Fig. 11a, 11b zum internen Stand der Technik verdeutlicht die Gegenüberstellung der Fig. 1a, 1b (wiederum für den angezogenen Zustand der Ankereinheit (Fig. 1 a), mit Ankereinheit 14 - als Permanentmagneteinheit 20 - in der Bilddarstellung oben an der Spule 10 und im abgefallenen Zustand der Fig. 1b, mit der Ankereinheit (wieder nur gezeigt Permanentmagneteinheit 20) in der Figurenebene unten), dass zusätzlich und benachbart der Spuleneinheit 10 vorgesehene langgestreckte Flussleitelemente 30, 32, welche sich achsparallel zur Längsachse durch die Spuleneinheit 10 (welche insoweit auch die Bewegungsachse des Ankers beschreibt) erstrecken, das durch Bestromung der Spule erzeugte Spulenmagnetfeld 11 in diesen Flussleitelementen bündeln. In der praktischen geometrischen Realisierung der Fig. 1a, 1b hat das die Wirkung, dass sich das Spulenmagnetfeld in axialer Richtung weniger lang erstreckt, mithin den Sensor 22 (respektive dessen Empfindlichkeitsbereich) nicht mehr erreicht. Dies führt dann dazu, dass im abgefallenen Zustand (Fig. 1b im Vergleich zur Fig. 11 b) der Positionsunterschied des Ankers lediglich auf der Basis des geänderten Permanentmagnetfeldes 21 erfasst wird und insbesondere das Spulenmagnetfeld 11 keinerlei Einfluss mehr auf die Sensordetektion ausübt.

In der konkreten Realisierung, etwa im ersten Ausführungsbeispiel der Fig. 2, 3 mit einem achsparallelen Spulenpaar 10a, 10b und entsprechend zugehörigem Ankerpaar (wiederum reduziert auf die Darstellung des Permanentmagneten 20), wobei beide Einheiten separat voneinander bestromt - und damit betreibbar sind, zeigt sich, dass eine wirksame Flussbeeinflussung durch ein im Ausführungsbeispiel U-profilförmig gebildetes, langgestrecktes Flussleitelement 34 erreicht werden kann, welches sich entlang der Erstreckungsrichtung der Spulen 10a bzw. 10b erstreckt und sogar noch in einen anfänglichen Bewegungsbereich des Ankers hinein; der Magnetfeldsensor 22, im dargestellten Ausführungsbeispiel ein Hall-Sensor, sitzt hier stirnseitig des aus Weicheisen gebildeten Abschirm-Flussleitblechs 34, kann damit unbeeinflusst mit den Permanentmagnetfeldern der (wiederum axial magnetisierten) Einheiten 14a, 14b zusammenwirken, bleibt jedoch weitgehend unbeeinflusst von den Spulenmagnetfeldern im bestromten Zustand der Spulen 10a bzw. 10b.

Entsprechendes gilt für ein zweites Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 4 als Modifikation des ersten Ausführungsbeispiels. Auch hier sitzt die Sensoreinheit 22 endseitig und stirnseitig des hier streifenförmig-planen und sich wiederum längserstreckend ausgebildeten Flussleitelements 35; zusätzlich ist entgegengesetzt stirnseitig ein Abschirmblech 36 zur weiteren Flussbeeinflussung des Spulenmagnetfeldes des Spulenpaares 10a, 10b vorgesehen.

Wiederum alternativ, gemäß drittem Ausführungsbeispiel der Fig. 5, ist hier das einzelne Flussleitelement 34 ersetzt durch eine Gruppe von vier querschnittlich quadratischen Flussleitelementen 38, welche, einends mittels des Abschirmblechs 36 verbunden, einen quaderförmigen, das Paar von Spuleneinheiten 10a, 10b aufnehmenden Innenraum aufspannen und so für eine wirksame magnetische Flussbeeinflussung sorgen, während wiederum die Sensoreinheit 22 außerhalb dieses aufgespannten Innenraums zum Zusammenwirken mit den Ankereinheiten (bzw. den dort vorgesehenen Permanentmagnetscheiben 20) gehalten ist.

Das vierte Ausführungsbeispiel der Fig. 6 zeigt eine konzeptionelle Verbindung der Ausführungsbeispiele zwei (Fig. 4) und drei (Fig. 5): hier werden die Flussleitelemente realisiert aus einem Paar von eckseitigen Stangen 38 mit quadratischem Querschnitt sowie einem zwischen dem Paar der Spulen 10a, 10b vorgesehenen Leitblech 35 (analog der Fig. 4).

Das fünfte Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 7 sieht vor, dass beide Spulen 10a, 10b weitgehend mantelseitig umgeben sind von zylinderabschnittsartigen Schalenelementen 40, 42, welche wiederum endseitig, der Sensoreinheit 22 gegenüberliegend, flussleitend an der Platte 36 zusammengeführt sind. Die Schalen 40, 42 aus Weicheisen sorgen für einen vorbestimmten Flussverlauf und erreichen eine zum Prinzip gemäß Fig. 1a, 1b analoge Wirkung.

Entsprechendes gilt für das sechste Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 8, welche wiederum die mantelartig vorgesehenen Schalen 40, 42 zusammenführt mit einem zusätzlichen Abschirmblech 35 gemäß zweitem Ausführungsbeispiel der Fig. 4.

All diesen Ausführungsbeispielen ist gemeinsam, dass mit vergleichsweise geringem Herstellungsaufwand, ohne nachteilige magnetische Beeinflussungen, in sehr wirksamer Weise ein potentiell das Sensor-Detektionsergebnis beeinträchtigender Einfluss des Spulen-Magnetfeldes im Bestromungszustand der Spule unterdrückt bzw. begrenzt werden kann.