ELEKTROMAGNETISCHE STELLVORRICHTUNG

Beschreibung

Gebiet der Erfindung

[0001] Die Erfindung betrifft eine elektromagnetische Stellvorrichtung, umfassend ein Gehäuse, zwei Aktuatorstifte, die zwischen einer im Gehäuse eingefahrenen Ruheposition und einer aus dem Gehäuse ausgefahrenen Arbeitsposition voneinander unabhängig verfahrbar im Gehäuse gelagert sind, und eine elektrisch bestrombare Magnetspuleneinrichtung zur Betätigung der Aktuatorstifte sowie zwei mit den Aktuatorstiften im Betätigungssinn zusammenwirkende Permanentmagnete, die zweipolig magnetisiert und in die Verfahrrichtung entgegengesetzt gepolt zueinander ausgerichtet sowie einem stationären Kernbereich der Magnetspuleneinrichtung gemeinsam zugeordnet sind. Dabei ist die Magnetspuleneinrichtung dazu ausgebildet, in Abhängigkeit von deren Bestromung ein sich in der Wirkrichtung umkehrendes Magnetfeld am Kernbereich zu erzeugen, das den ersten Permanentmagnet anzieht und den zweiten Permanentmagnet abstößt und umgekehrt.

Hintergrund der Erfindung

[0002] Eine derartige Stellvorrichtung eignet sich in besonderem Maße zur Verstellung hubvariabler Ventiltriebe von Brennkraftmaschinen, deren prinzipielle Funktionsweise beispielsweise aus der DE 10 2004 021 376 A1 hervorgeht. Die Hubvariabilität dieses Ventiltriebs basiert auf einem Nockenstück mit zwei darauf unmittelbar benachbart angeordneten Nocken, deren unterschiedliche Öffnungsverläufe mittels eines konventionell starr ausgebildeten Nockenfolgers selektiv auf ein Gaswechselventil übertragen werden. Zur betriebspunktabhängigen Einstellung dieser Öffnungsverläufe ist das Nockenstück drehfest, jedoch längsverschieblich auf einer Trägerwelle angeordnet und weist zwei spiralförmig und gegensinnig verlaufende Verschiebenuten auf, in welche die Endabschnitte der Aktuatorstifte zweier Stellvorrichtungen (mit lediglich einem Aktuatorstift) wechselweise eingekoppelt werden. Während der axiale Verlauf der sich jeweils mit dem zugehörigen Aktuatorstift in Eingriff befindlichen Verschiebenut dazu führt, dass sich das Nockenstück selbststeuernd und nockenwellenwinkeltreu von der einen in die andere Nockenposition verschiebt, ist der radiale Verlauf jeder Verschiebenut so gestaltet, dass diese gegen Ende des Verschiebevorgangs zunehmend flacher wird und den momentan in Eingriff befindlichen Aktuatorstift aus seiner Arbeitsposition zurück in die Ruheposition verlagert.

[0003] Im Falle des in der DE 196 11 641 C1 vorgeschlagenen Ventiltriebs mit drei benachbarten Nocken und zwei mit geringem Abstand angeordneten Aktuatorstiften erscheint es zweckmäßig, die Aktuatorstifte in einem gemeinsamen Gehäuse zu integrieren.

[0004] In der WO 03/021612 A1 ist eine Stellvorrichtung vorgeschlagen, deren Betätigung auf dem Zusammenspiel einer Magnetspule mit einem am Aktuatorstift befestigten Permanentmagnet basiert. Aufgrund dessen magnetischer Anziehungskraft haftet der in Ausfahrrichtung federkraftbeaufschlagte Aktuatorstift an der unbestromten Magnetspule. Zum Lösen des Aktuatorstifts aus dieser Ruheposition ist lediglich eine impulsförmige Strombeaufschlagung der Magnetspule zur Überwindung der magnetischen Anziehungskraft des Permanentmagnets erforderlich, wobei der Aktuatorstift nicht nur durch die Kraft des Federmittels sondern auch durch die Kraft eines magnetischen Abstoßungseffekts zwischen dem Permanentmagnet und der bestromten Magnetspule in Richtung der Arbeitsposition beschleunigt wird.

[0005] Eine konstruktive Weiterentwicklung dieses Funktionsprinzips ist in der DE 20 2008 008 142 U1 offenbart. Der Aktuatorstift wird dort lediglich durch die magnetische Anziehungskraft an einem Permanentmagnet gehalten, so dass durch die gegenseitig exzentrische Anordnung von Aktuatorstiften und Permanentmagneten/Magnetspulen eine kompakte Bauweise der Stellvorrichtung mit zwei oder drei selektiv ansteuerbaren Aktuatorstiften in einem gemeinsamen Gehäuse ermöglicht wird.

[0006] Eine Stellvorrichtung der eingangs genannten Art geht aus der nicht vorveröffentlichten DE 10 2009 010 949 A1 hervor. Die dort vorgeschlagene Stellvorrichtung weist eine Magnetspule auf, die zwecks Umkehrung der Magnetfeldwirkung umkehrbar, d.h. mit entgegen gesetzten Stromflussrichtungen bestromt wird. In Abhängigkeit der Magnetfeldrichtung wird einer der beiden Aktuatorstifte in die Ausfahrrichtung betätigt, während der andere Aktuatorstift in dessen eingefahrener Ruheposition verharrt. Das zur elektrischen Ansteuerung der Stellvorrichtung erforderliche Stromversorgungsgerät - im bevorzugten Anwendungsfall des genannten hubvariablen Ventiltriebs einer Brennkraftmaschine handelt es sich zweckmäßigerweise um das Motorsteuergerät - muss mit einer entsprechenden Stromrichtungsumkehrschaltung beispielsweise in Form einer sogenannten H-Brücke versehen sein. Eine derartige Schaltung ist jedoch bei Motorsteuergeräten üblicherweise nicht vorgesehen und erfordert eine aufwändige Anpassung des Steuergeräts.

[0007] Dieselbe Problematik trifft für die aus der WO 2009/018919 A1 bekannte Stellvorrichtung mit umkehrbarer Bestromung der Magnetspule zu.

Aufgabe der Erfindung

[0008] Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Stellvorrichtung der eingangs genannten Art so fortzubilden, dass die zuvor genannten Nachteile mit einfachen Mitteln beseitigt sind. Insbesondere soll die Stellvorrichtung zu herkömmlichen Steuergeräten ohne Stromrichtungsumkehr kompatibel sein oder eine allenfalls geringfügige Modifikation des Steuergeräts erfordern, um im Sinne der umkehrbaren Magnetfeldwirkung betriebsfähig zu sein.

Zusammenfassung der Erfindung

[0009] Die Lösung dieser Aufgabe ergibt sich aus den Merkmalen des Anspruchs 1, während vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen den Unteransprüchen entnehmbar sind. Demnach wird die Aufgabe dadurch gelöst, dass die Magnetspuleneinrichtung zwei voneinander unabhängig bestrombare Magnetspulen aufweist derart, dass bei Bestromung der ersten Magnetspule das Magnetfeld mit erster Wirkrichtung und dass bei Bestromung der zweiten Magnetspule das Magnetfeld mit umgekehrter zweiter Wirkrichtung erzeugt wird.

[0010] Gegenüber dem eingangs zitierten Stand der Technik ist also eine Bestromung der Magnetspuleneinrichtung mit umkehrbarer Stromflussrichtung nicht erforderlich. Die Wirkrichtungsumkehr des Magnetfelds am stationären Kernbereich wird vielmehr dadurch erzeugt, dass die Stellvorrichtung mit zwei voneinander unabhängigen und selektiv bestrombaren Magnetspulen versehen ist. Die entgegengesetzte Ausrichtung der Permanentmagnetpole führt dann in Abhängigkeit der momentan bestromten Magnetspule dazu, dass dasselbe Magnetfeld einen Permanentmagnet anzieht und den anderen Permanentmagnet abstößt. Diese Kraftwirkung kehrt sich um, wenn die jeweils andere Magnetspule bestromt wird.

[0011] Die Magnetspulen sind vorzugsweise in der Verfahrrichtung aufeinanderfolgend, d.h. in axialer Reihenschaltung um den Kernbereich angeordnet.

[0012] In bevorzugter Weiterbildung der Erfindung soll den Aktuatorstiften jeweils ein den Aktuatorstift in die Ausfahrrichtung kraftbeaufschlagendes Federmittel, eine Rastierung und ein mit dem Aktuatorstift mittels der Rastierung zusammenwirkender Sperrstift zugeordnet sein, der den zugehörigen Aktuatorstift bei gesperrter Rastierung in der Ruheposition hält und in die Verfahrrichtung relativ zu diesem verlagerbar ist. Dabei sind die den Aktuatorstiften abgewandten Kopfabschnitte der Sperrstifte jeweils mit einem der Permanentmagnete versehen. Das sich bei Bestromung einer der Magnetspulen erzeugte Magnetfeld verlagert einen der Sperrstifte in die Einfahrrichtung, um die zugehörige Rastierung zu lösen, und kraftbeaufschlagt den anderen der Sperrstifte in die Ausfahrrichtung, um die zugehörige Rastierung zu sperren.

[0013] Hierbei verlagert sich der mit dem ersten Permanentmagnet verbundene Sperrstift in Richtung des Kernbereichs, d.h. in Einfahrrichtung des zugehörigen Aktuatorstifts, der sich bei jetzt gelöster Rastierung durch die Kraft des Federmittels in dessen Arbeitsposition verlagert. Demgegenüber verbleiben der mit dem zweiten Permanentmagnet verbundene Sperrstift und der zugehörige Aktuatorstift bei gesperrter Rastierung in Ruhe.

[0014] Bei Bestromung der jeweils anderen Magnetspule kehrt sich die Wirkung des Magnetfelds um, so dass nunmehr der zweite Permanentmagnet angezogen wird, während der erste Permanentmagnet abgestoßen wird. Ausgangspunkt hierfür ist wiederum der Zustand, dass beide Aktuatorstifte mittels der Rastierungen in deren Ruhepositionen gehalten sind. In analoger Weise verlagert sich nun der zweite Aktuatorstift in dessen Arbeitsposition, während der erste Aktuatorstift in seiner Ruheposition verharrt.

[0015] Außerdem sollen die Permanentmagnete bei Anlage der Kopfabschnitte der Sperrstifte am Kernbereich zu diesem beabstandet verlaufen. Dies erfolgt konstruktiv zweckmäßigerweise dadurch, dass die Kopfabschnitte der Sperrstifte gegenüber den Permanentmagneten erhaben verlaufen. Durch diese Maßnahme kann die im Nahbereich zum Kernbereich exponentiell ansteigende Kraftwirkung der Permanentmagnete auf ein solches Maß begrenzt werden, dass bei stromlosen Magnetspulen eine ausreichende, die Sperrstifte rückstellende Kraftwirkung verbleibt. Diese Kraftwirkung soll zweckmäßigerweise von weiteren Federmitteln ausgehen, welche die Sperrstifte in die Ausfahrrichtung kraftbeaufschlagen.

[0016] In bevorzugter Ausgestaltung sollen die Rastierungen jeweils durch folgende Merkmale gebildet sein:

■ eine im Aktuatorstift verlaufende Längsbohrung zur Aufnahme des Sperrstifts und eine oder mehrere die Längsbohrung schneidende Querbohrungen,

■ eine am Sperrstift ausgebildete erste Stützfläche und eine im Gehäuse ausgebildete zweite Stützfläche, wobei zumindest eine der Stützflächen gegenüber der Verfahrrichtung geneigt verläuft,

■ und Rastkörper, die in den Querbohrungen beweglich angeordnet und in der Ruheposition zwischen den Stützflächen eingespannt sind.

[0017] Bei einer solchen, auf Form- oder Reibschluss basierenden Rastierung sind nur kleine Wirkflächen erforderlich, um den zugehörigen Aktuatorstift entgegen der Kraft des Federmittels sicher in dessen Ruheposition zu halten. Im Gegensatz zu den so erzeugbaren Haltekräften sind die erforderlichen Kräfte zum Lösen der Rastierung um ein Vielfaches geringer, da neben der Kraft des den Sperrstift beaufschlagenden weiteren Federmittels lediglich die zwischen den Rastkörpern und den Stützflächen wirkenden Reibkräfte zu überwinden sind.

[0018] Der bzw. die Rastkörper sind bevorzugt als Kugeln ausgebildet, wie sie als extrem kostengünstiges Massenprodukt einer Wälzkörperfertigung entnehmbar sind. Dabei können drei Kugeln und drei gleichmäßig über den Umfang des Aktuatorstifts verteilte Querbohrungen vorgesehen sein. Diese Anordnung ist gegenüber lediglich einer Kugel insoweit vorteilhaft, als entweder bei identischer Dimensionierung der Kugeln größere Haltekräfte erzeugbar sind oder bei kleinerer Dimensionierung der Kugeln - entsprechend einem weiterhin reduzierten Bauraumbedarf der Rastierung - die gegebenenfalls bereits ausreichende Haltekraft nur einer Kugel erzeugbar ist. Zum anderen führt die Anordnung der um 120° umfangsverteilten Kugeln zu einer mechanisch günstigen, zentrierten Abstützung des Sperrstifts in der Längsbohrung des Aktuatorstifts. Dennoch sind selbstverständlich auch Anordnungen mit lediglich einer, zwei, vier oder mehr Kugeln möglich.

[0019] Außerdem können die Kugeln selbsthemmend zwischen den Stützflächen eingespannt sein, wobei die Stützflächen einen konstanten oder einen sich in die Einfahrrichtung verkleinernden Abstand zueinander aufweisen. Beispielsweise kann die zweite Stützfläche parallel zur Verfahrrichtung des Aktuatorstifts verlaufen und Teil einer fertigungsgünstig durchgehend zylindrischen Längsführung für den Aktuatorstift sein. Bei der konstruktiven Auslegung der Stützflächen sind selbstverständlich sowohl die Kräfte der Federmittel als auch die Reibungsverhältnisse an den Kugel-Stützflächen-Kontakten zu berücksichtigen, so dass der für eine einwandfreie Funktion der Rastierung erforderliche Bereich der Selbsthemmung an diesen Kontakten nicht verlassen wird.

[0020] Dabei ist es zweckmäßig, dass sich die erste Stützfläche am Sperrstift in die Ausfahrrichtung radial verjüngt und dass die Stützflächen parallel zueinander verlaufen. Im Falle rotationssymmetrischer Stützflächen sind dann die Stützflächen kreiskegelstumpfförmig ausgebildet. Diese Ausgestaltung ermöglicht einen besonders verschleißarmen Gleit- oder Wälzkontakt zwischen den Kugeln und den Stützflächen, wenn der Aktuatorstift die Ruheposition verlässt und wieder erreicht.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

[0021] Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung und aus den Figuren, in denen ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen elektromagnetischen Stellvorrichtung dargestellt ist. Sofern nicht anders erwähnt, sind dabei gleiche oder funktionsgleiche Merkmale oder Bauteile mit gleichen Bezugszahlen versehen. Es zeigen:

Figur 1

die elektromagnetische Stellvorrichtung im Längsschnitt und

Figur 2

eine bekannte Ausführung eines mit einer Stellvorrichtung zusammenwirkenden hubvariablen Ventiltriebs einer Brennkraftmaschine.

Ausführliche Beschreibung der Zeichnungen

[0022] Figur 1 offenbart ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Stellvorrichtung 1, die zur Ansteuerung eines grundsätzlich bekannten hubvariablen Ventiltriebs einer Brennkraftmaschine dient. Das grundlegende Funktionsprinzip eines solchen Ventiltriebs ist in Figur 2 dargestellt und lässt sich dahingehend zusammenfassen, dass anstelle einer konventionell starr ausgebildeten Nockenwelle eine Trägerwelle 2 mit einem darauf drehfest und längsverschiebbar angeordneten Nockenstück 3 vorgesehen ist. Das Nockenstück 3 weist zwei Gruppen axial benachbarter Nocken 4 und 5 mit unterschiedlichen Öffnungsverläufen auf, die zur betriebspunktabhängigen Betätigung von Gaswechselventilen 6 dienen. Die zur selektiven Aktivierung des jeweiligen Nockens 4 oder 5 erforderliche Verschiebung des Nockenstücks 3 auf der Trägerwelle 2 erfolgt über spiralförmige Verschiebenuten 7 am Nockenstück 3, die sich entsprechend der Verschieberichtung in ihrer Orientierung unterscheiden und in die, je nach momentaner Stellung des Nockenstücks 3, jeweils ein Aktuatorstift 8 oder 9 einkoppelbar ist.

[0023] Bei der Stellvorrichtung 1 handelt es sich um eine in den Zylinderkopf der Brennkraftmaschine montierbare Baueinheit mit einem Gehäuse 10 und zwei darin angeordneten, hohlzylindrisch ausgebildeten Aktuatorstiften 8 und 9. Die als Gleichteile ausgebildeten Aktuatorstifte 8, 9 sind in Längsführungen 11 des Gehäuses 10 gelagert und können voneinander unabhängig zwischen einer im Gehäuse 10 eingefahrenen Ruheposition (wie dargestellt) und einer aus dem Gehäuse 10 ausgefahrenen Arbeitsposition hin und her verfahren. Wie vorstehend erläutert, sind die Aktuatorstifte 8, 9 in der (nicht dargestellten) Arbeitsposition mit einer zugehörigen Verschiebenut eines Nockenstücks in Eingriff, um das Nockenstück zu verschieben.

[0024] Die von Federmitteln - hier Schraubendruckfedern 12 - in die Ausfahrrichtung kraftbeaufschlagten Aktuatorstifte 8, 9 werden von Rastierungen in der Ruheposition gehalten. Ein Lösen der Rastierungen erfolgt durch ansteuerbare Sperrstifte 13 und 14, die ebenfalls als Gleichteile ausgebildet und relativ zu den Aktuatorstiften 8, 9 in deren Verfahrrichtung verlagerbar sind.

[0025] Die miteinander identischen Rastierungen sind jeweils durch eine im Aktuatorstift 8, 9 verlaufende Längsbohrung 15 und diese schneidende Querbohrungen 16, eine am Sperrstift 13, 14 ausgebildete erste Stützfläche 17 und eine im Gehäuse 10 ausgebildete zweite Stützfläche 18 sowie drei Rastkörpern in Form von Kugeln 19 gebildet. Die in den gleichmäßig am Umfang des Aktuatorstifts 8, 9 verteilten Querbohrungen 16 beweglich angeordneten Kugeln 19 sind in der Ruheposition des Aktuatorstifts 8, 9 zwischen den Stützflächen 17 und 18 eingespannt. Hierzu verjüngt sich der in der Längsbohrung 15 verlaufende Endabschnitt 20 des Sperrstifts 13, 14 konisch in Ausfahrrichtung des Aktuatorstifts 8, 9, so dass die erste Stützfläche 17 die Außenmantelfläche eines Kreiskegelstumpfs bildet. Die zweite Stützfläche 18 im Gehäuse 10 verläuft mit konstantem Abstand dazu und bildet folglich die Innenmantelfläche eines Kreiskegelstumpfs.

[0026] Die Sperrstifte 13, 14 sind jeweils durch ein weiteres Federmittel - hier eine Schraubendruckfeder 21 - ebenfalls in die Ausfahrrichtung kraftbeaufschlagt. Der Neigungswinkel der Stützflächen 17, 18 gegenüber der Verfahrrichtung des Aktuatorstifts 8, 9 ist unter Berücksichtigung der auf den Sperrstift 13, 14 und den Aktuatorstift 8, 9 wirkenden Federkräfte sowie der Reibungsverhältnisse an den Kugel-Stützflächen-Kontakten so gewählt, dass die Kugeln 19 selbsthemmend zwischen den Stützflächen 17, 18 eingespannt sind und so den Aktuatorstift 8, 9 sicher in der Ruheposition fixieren. Der Neigungswinkel beträgt vorliegend etwa 5°.

[0027] Die konzentrischen Schraubendruckfedern 12, 21 stützen sich einerseits an im Gehäuse 10 eingepressten Buchsen 22 und andererseits an kreisringförmigen Stirnflächen 23 und 24 der Aktuatorstifte 8, 9 bzw. der Sperrstifte 13, 14 ab. Diese werden zum Lösen der Rastierungen elektromagnetisch kraftbeaufschlagt in die Einfahrrichtung der Aktuatorstifte 8, 9 verlagert und sind zu diesem Zweck an ihren den Aktuatorstiften 8, 9 abgewandten Kopfschnitten 25 mit daran befestigten Permanentmagneten 26 und 27 versehen. Diese sind zweipolig axial magnetisiert, in Verfahrrichtung der Aktuatorstifte 8, 9 bezüglich ihrer mit N und S bezeichneten Nord- und Südpole entgegengesetzt zueinander ausgerichtet und dem Magnetfeld einer Magnetspuleneinrichtung ausgesetzt.

[0028] Die Magnetspuleneinrichtung umfasst als wesentliche Bauteile einen stationären Kernbereich 28 und zwei voneinander unabhängig bestrombare Magnetspulen 29 und 30, die in der Verfahrrichtung der Aktuatorstifte 8, 9 aufeinanderfolgend, d.h. in axialer Reihenschaltung um den Kernbereich 28 angeordnet sind und ein umkehrbares Magnetfeld erzeugen, dessen Wirkrichtung vom momentanen Bestromungszustand der Magnetspulen 29, 30 abhängt. Die selektive Stromversorgung der Magnetspulen 29, 30 erfolgt über einen Steckverbinder 31. Der koaxial zu den Magnetspulen 29, 30 verlaufende Kernbereich 28 weist seitens der Permanentmagnete 26, 27 eine Schulter auf, die eine ebene Anlagefläche 31 für die Sperrstifte 13, 14 bildet. Eine stark haftende Anlage der Permanentmagnete 26, 27 an der Anlagefläche 31 wird dadurch vermieden, dass die Kopfabschnitte 25 der Sperrstifte 13, 14 gegenüber den Permanentmagneten 26, 27 erhaben verlaufen und diese stets einen entsprechenden Mindestabstand zur Anlagefläche 31 aufweisen.

[0029] Die Funktionsweise der Stellvorrichtung 1 ist wie folgt: die Bestromung der ersten Magnetspule 29 (die zweite Magnetspule 30 ist dabei unbestromt) erzeugt ein Magnetfeld erster Wirkrichtung mit Südpol an der Anlagefläche 31 des Kernbereichs 28, so dass der erste Permanentmagnet 26 mit dessen N-S-Polausrichtung angezogen und der zweite Permanentmagnet 27 mit dessen S-N-Polausrichtung abgestoßen wird. Während der abgestoßene zweite Permanentmagnet 27, der zugehörige Sperrstift 14 und folglich auch der zugehörige Aktuatorstift 9 bei gesperrter Rastierung in Ruhe verbleiben, wird der mit dem ersten Permanentmagnet 26 angezogene Sperrstift 13 bis zur Anlagefläche 31 in die Einfahrrichtung verlagert. Dabei löst sich die zugehörige Rastierung, indem die Klemmwirkung der Kugeln 19 gegenüber den Stützflächen 17, 18 aufgehoben wird. Während die Kugeln 19 der Neigung der zweiten Stützfläche 18 im Gehäuse 10 folgen und sich radial einwärts in den Querbohrungen 16 verlagern, wird der Aktuatorstift 8 durch die Kraft der Schraubendruckfeder 12 in seine Arbeitsposition getrieben. Die erste Magnetspule 29 wird daraufhin stromlos geschaltet, so dass der angezogene Sperrstift 13 durch die Kraft der Schraubendruckfeder 21 in seine Ausgangslage zurückkehrt.

[0030] Wie eingangs erwähnt, wird der mit dem Nockenstück in Eingriff befindliche Aktuatorstift 8 durch den sich radial erhebenden Auslaufbereich der Verschiebenut zurück in dessen Ruheposition geschoben und dort wieder verrastet. Dies erfolgt dadurch, dass die Kugeln 19 dem geneigten Verlauf der ersten Stützfläche 17 am Sperrstift 13 folgen, sich radial auswärts in den Querbohrungen 16 verlagern und unter Selbsthemmung zwischen den Stützflächen 17, 18 eingespannt werden.

[0031] Während der Aktuatorstift 8 nachfolgend in dessen verrasteter Ruheposition verbleibt, wird die Betätigung des anderen Aktuatorstifts 9 dadurch eingeleitet, dass nunmehr die zweite Magnetspule 30 bestromt wird, während die erste Magnetspule 29 unbestromt bleibt. Die umgekehrte Wirkrichtung des jetzt entstehenden Magnetfelds mit Nordpol an der Anlagefläche 31 des Kernbereichs 28 stößt den ersten Permanentmagnet 26 mit dessen N-S-Polausrichtung ab und zieht den zweiten Permanentmagnet 27 mit dessen S-N-Polausrichtung an. Der weitere Stellverlauf des anderen Aktuatorstifts 9 erfolgt in identischer Weise wie vorstehend für den Aktuatorstift 8 erläutert.

Liste der Bezugszahlen

[0032] 

1

Stellvorrichtung

2

Trägerwelle

3

Nockenstück

4

Nocken

5

Nocken

6

Gaswechselventil

7

Verschiebenut

8

Aktuatorstift

9

Aktuatorstift

10

Gehäuse

11

Längsführung

12

Federmittel / Schraubendruckfeder

13

Sperrstift

14

Sperrstift

15

Längsbohrung

16

Querbohrung

17

erste Stützfläche

18

zweite Stützfläche

19

Rastkörper / Kugel

20

Endabschnitt des Sperrstifts

21

weiteres Federmittel / Schraubendruckfeder

22

Buchse

23

Stirnfläche des Aktuatorstifts

24

Stirnfläche des Sperrstifts

25

Kopfabschnitt des Sperrstifts

26

Permanentmagnet

27

Permanentmagnet

28

Kernbereich

29

erste Magnetspule

30

zweite Magnetspule

31

Anlagefläche des Kernbereichs

Ansprüche

1. Elektromagnetische Stellvorrichtung (1), umfassend ein Gehäuse (10), zwei Aktuatorstifte (8, 9), die zwischen einer im Gehäuse (10) eingefahrenen Ruheposition und einer aus dem Gehäuse (10) ausgefahrenen Arbeitsposition voneinander unabhängig verfahrbar im Gehäuse (10) gelagert sind, und eine elektrisch bestrombare Magnetspuleneinrichtung zur Betätigung der Aktuatorstifte (8, 9) sowie zwei mit den Aktuatorstiften (8, 9) im Betätigungssinn zusammenwirkende Permanentmagnete (26, 27), die zweipolig magnetisiert und in die Verfahrrichtung entgegengesetzt gepolt zueinander ausgerichtet sowie einem stationären Kernbereich (28) der Magnetspuleneinrichtung gemeinsam zugeordnet sind, wobei die Magnetspuleneinrichtung dazu ausgebildet ist, in Abhängigkeit von deren Bestromung ein sich in der Wirkrichtung umkehrendes Magnetfeld am Kernbereich (28) zu erzeugen, das den ersten Permanentmagnet (26) anzieht und den zweiten Permanentmagnet (27) abstößt und umgekehrt, dadurch gekennzeichnet, dass die Magnetspuleneinrichtung zwei voneinander unabhängig bestrombare Magnetspulen (29, 30) aufweist derart, dass bei Bestromung der ersten Magnetspule (29) das Magnetfeld mit erster Wirkrichtung und dass bei Bestromung der zweiten Magnetspule (30) das Magnetfeld mit umgekehrter zweiter Wirkrichtung erzeugt wird.

2. Stellvorrichtung (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Magnetspulen (29, 30) in der Verfahrrichtung aufeinanderfolgend angeordnet sind.

3. Stellvorrichtung (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass den Aktuatorstiften (8, 9) jeweils ein den Aktuatorstift (8, 9) in die Ausfahrrichtung kraftbeaufschlagendes Federmittel (12), eine Rastierung und ein mit dem Aktuatorstift (8, 9) mittels der Rastierung zusammenwirkender Sperrstift (13, 14) zugeordnet ist, der den zugehörigen Aktuatorstift (8, 9) bei gesperrter Rastierung in der Ruheposition hält und in die Verfahrrichtung relativ zu diesem verlagerbar ist, wobei die den Aktuatorstiften (8, 9) abgewandten Kopfabschnitte (25) der Sperrstifte (13, 14) jeweils mit einem der Permanentmagnete (26, 27) versehen sind und das sich bei Bestromung einer der Magnetspulen (29, 30) erzeugte Magnetfeld einen der Sperrstifte (13, 14) in die Einfahrrichtung verlagert, um die zugehörige Rastierung zu lösen, und den anderen der Sperrstifte (8, 9) in die Ausfahrrichtung kraftbeaufschlagt, um die zugehörige Rastierung zu sperren.

4. Stellvorrichtung (1) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Permanentmagnete (26, 27) bei Anlage der Kopfabschnitte (25) der Sperrstifte (13, 14) am Kernbereich (28) zu diesem beabstandet verlaufen.

5. Stellvorrichtung (1) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Kopfabschnitte (25) der Sperrstifte (13, 14) gegenüber den Permanentmagneten (26, 27) erhaben verlaufen.

6. Stellvorrichtung (1) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Rastierungen jeweils durch folgende Merkmale gebildet sind:

■ eine im Aktuatorstift (8, 9) verlaufende Längsbohrung (15) zur Aufnahme des Sperrstifts (13, 14) und eine oder mehrere die Längsbohrung (15) schneidende Querbohrungen (16),

■ eine am Sperrstift (13, 14) ausgebildete erste Stützfläche (17) und eine im Gehäuse (10) ausgebildete zweite Stützfläche (18), wobei zumindest eine der Stützflächen (17, 18) gegenüber der Verfahrrichtung geneigt verläuft,

■ und Rastkörper (19), die in den Querbohrungen (16) beweglich angeordnet und in der Ruheposition zwischen den Stützflächen (17, 18) eingespannt sind.

7. Stellvorrichtung (1) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass drei als Kugeln ausgebildete Rastkörper (19) und drei gleichmäßig über den Umfang des Aktuatorstifts (8, 9) verteilte Querbohrungen (16) vorgesehen sind.

8. Stellvorrichtung (1) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Kugeln (19) selbsthemmend zwischen den Stützflächen (17, 18) eingespannt sind, wobei die Stützflächen (17, 18) einen konstanten oder sich in die Einfahrrichtung verkleinernden Abstand zueinander aufweisen.

9. Stellvorrichtung (1) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass sich die erste Stützfläche (17) in die Ausfahrrichtung radial verjüngt und dass die Stützflächen (17, 18) parallel zueinander verlaufen.

10. Stellvorrichtung (1) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Stützflächen (17, 18) kreiskegelstumpfförmig ausgebildet sind.

Claims

1. Electromagnetic actuating device (1), comprising a housing (10), two actuator pins (8, 9) which are mounted in the housing (10) such that they can move independently of one another between a rest position, in which they are retracted into the housing (10), and a working position, in which they are deployed out of the housing (10), and comprising an electrically energizable magnet coil device for the actuation of the actuator pins (8, 9), and comprising two permanent magnets (26, 27) which interact with the actuator pins (8, 9) in the actuation direction and which exhibit bipolar magnetization and are oriented with opposite polarity with respect one another in the movement direction and which are jointly assigned to a static core region (28) of the magnet coil device, wherein the magnet coil device is designed such that, as a function of the energization thereof, it generates on the core region (28) a magnetic field which reverses its direction of action and which attracts the first permanent magnet (26) and repels the second permanent magnet (27) and vice versa, characterized in that the magnet coil device has two magnet coils (29, 30) which can be energized independently of one another, such that, in the event of the first magnet coil (29) being energized, the magnetic field is generated with a first direction of action and in that, in the event of the second magnet coil (30) being energized, the magnetic field is generated with a reversed, second direction of action.

2. Actuating device (1) according to Claim 1, characterized in that the magnet coils (29, 30) are arranged in succession in the movement direction.

3. Actuating device (1) according to Claim 1, characterized in that the actuator pins (8, 9) are assigned in each case one spring means (12), which loads the actuator pin (8, 9) with force in the deployment direction, a detent means and a blocking pin (13, 14) which interacts with the actuator pin (8, 9) by way of the detent means, which blocking pin holds the associated actuator pin (8, 9) in the rest position in the case of the detent means being blocked and is displaceable relative to said associated actuator pin in the movement direction, wherein the head portions (25), which face away from the actuator pins (8, 9), of the blocking pins (13, 14) are provided in each case with one of the permanent magnets (26, 27), and the magnetic field generated in the event of energization of one of the magnet coils (29, 30) displaces one of the blocking pins (13, 14) in the retraction direction, in order to release the associated detent means, and loads the other of the blocking pins (13, 14) with force in the deployment direction, in order to block the associated detent means.

4. Actuating device (1) according to Claim 3, characterized in that, in the event of abutment of the head portions (25) of the blocking pins (13, 14) against the core region (28), the permanent magnets (26, 27) run spaced apart from said core region.

5. Actuating device (1) according to Claim 4, characterized in that the head portions (25) of the blocking pins (13, 14) run in an elevated manner with respect to the permanent magnets (26, 27).

6. Actuating device (1) according to Claim 3, characterized in that the detent means are formed in each case by the following features:

- a longitudinal bore (15), which runs in the actuator pin (8, 9), for receiving the blocking pin (13, 14), and one or more transverse bores (16) which intersect the longitudinal bore (15),

- a first support surface (17) formed on the blocking pin (13, 14) and a second support surface (18) formed in the housing (10), wherein at least one of the support surfaces (17, 18) runs obliquely with respect to the movement direction,

- and detent bodies (19) which are arranged in a movable manner in the transverse bores (16) and which, in the rest position, are clamped between the support surfaces (17, 18).

7. Actuating device (1) according to Claim 6, characterized in that three detent bodies (19) in the form of balls, and three transverse bores (16) distributed uniformly over the circumference of the actuator pin (8, 9), are provided.

8. Actuating device (1) according to Claim 7, characterized in that the balls (19) are clamped in a self-impeding manner between the support surfaces (17, 18), wherein the support surfaces (17, 18) have a spacing to one another which is constant or which decreases in size in the retraction direction.

9. Actuating device (1) according to Claim 8, characterized in that the first support surface (17) tapers radially in the deployment direction and in that the support surfaces (17, 18) run parallel to one another.

10. Actuating device (1) according to Claim 9, characterized in that the support surfaces (17, 18) are of circular frustoconical form.

Revendications

1. Dispositif de réglage électromagnétique (1), comprenant un boîtier (10), deux goupilles d'actionneur (8, 9) qui sont montées dans le boîtier (10) de manière déplaçable indépendamment l'une de l'autre entre une position de repos rentrée dans le boîtier (10) et une position de travail sortie hors du boîtier (10), et un dispositif de bobine magnétique pouvant être parcouru par un courant électrique pour l'actionnement des goupilles d'actionneur (8, 9) ainsi que deux aimants permanents (26, 27) coopérant dans le sens de l'actionnement avec les goupilles d'actionneur (8, 9), lesquels aimants permanents sont aimantés selon deux pôles et sont orientés l'un par rapport à l'autre avec leurs pôles opposés dans la direction de déplacement, et sont associés en commun à une région de noyau stationnaire (28) du dispositif de bobine magnétique, le dispositif de bobine magnétique étant réalisé de manière à produire au niveau de la région de noyau (28) un champ magnétique inversant son sens d'action en fonction de son alimentation en courant, lequel champ magnétique attire le premier aimant permanent (26) et repousse le deuxième aimant permanent (27) et inversement, caractérisé en ce que le dispositif de bobine magnétique présente deux bobines magnétiques (29, 30) pouvant être alimentées en courant indépendamment l'une de l'autre, de telle sorte que lors de l'alimentation en courant de la première bobine magnétique (29), le champ magnétique soit produit avec un premier sens d'action et que lors de l'alimentation en courant de la deuxième bobine magnétique (30), le champ magnétique soit produit avec un deuxième sens d'action inverse.

2. Dispositif de réglage (1) selon la revendication 1, caractérisé en ce que les bobines magnétiques (29, 30) sont disposées l'une derrière l'autre dans le sens de déplacement.

3. Dispositif de réglage (1) selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'aux goupilles d'actionneur (8, 9) sont à chaque fois associés un moyen de ressort (12) sollicitant par force dans la direction de sortie la goupille d'actionneur (8, 9), un crantage et une goupille d'arrêt (13, 14) coopérant au moyen du crantage avec la goupille d'actionneur (8, 9), laquelle goupille d'arrêt retient la goupille d'actionneur associée (8, 9) dans la position de repos lorsque le crantage est bloqué et peut être déplacée dans le sens de déplacement par rapport à ladite goupille d'actionneur, les portions de tête (25) des goupilles d'arrêt (13, 14) opposées aux goupilles d'actionneur (8, 9) étant à chaque fois pourvues de l'un des aimants permanents (26, 27) et le champ magnétique produit lors de l'alimentation en courant de l'une des bobines magnétiques (29, 30) déplaçant l'une des goupilles d'arrêt (13, 14) dans le sens de rétraction, afin de libérer le crantage associé et sollicitant par une force l'autre des goupilles d'arrêt (13, 14) dans le sens de la sortie, afin de bloquer le crantage associé.

4. Dispositif de réglage (1) selon la revendication 3, caractérisé en ce que les aimants permanents (26, 27), lors de l'application des portions de tête (25) des goupilles d'arrêt (13, 14), s'étendent au niveau de la région de noyau (28) à distance de cette dernière.

5. Dispositif de réglage (1) selon la revendication 4, caractérisé en ce que les portions de tête (25) des goupilles d'arrêt (13, 14) s'étendent de manière rehaussée par rapport aux aimants permanents (26, 27).

6. Dispositif de réglage (1) selon la revendication 3, caractérisé en ce que les crantages sont à chaque fois formés par les caractéristiques suivantes .

- un alésage longitudinal (15) s'étendant dans la goupille d'actionneur (8, 9) pour recevoir la goupille d'arrêt (13, 14) et un ou plusieurs alésages transversaux (16) coupant les alésages longitudinaux (15),

- une première surface d'appui (17) réalisée sur la goupille d'arrêt (13, 14) et une deuxième surface d'appui (18) réalisée dans le boîtier (10), au moins l'une des surfaces d'appui (17, 18) s'étendant de manière inclinée par rapport au sens de déplacement,

- et des corps d'encliquetage (19), qui sont disposés de manière mobile dans les alésages transversaux (16) et qui sont serrés dans la position de repos entre les surfaces d'appui (17, 18).

7. Dispositif de réglage (1) selon la revendication 6, caractérisé en ce que trois corps d'encliquetage (19) réalisés sous forme de billes et trois alésages transversaux (16) répartis uniformément sur la périphérie de la goupille d'actionneur (8, 9) sont prévus.

8. Dispositif de réglage (1) selon la revendication 7, caractérisé en ce que les billes (19) sont serrées de manière autobloquante entre les surfaces d'appui (17, 18), les surfaces d'appui (17, 18) présentant une distance mutuelle constante ou diminuant dans le sens de rétraction.

9. Dispositif de réglage (1) selon la revendication 8, caractérisé en ce que la première surface d'appui (17) se rétrécit radialement dans le sens de la sortie et en ce que les surfaces d'appui (17, 18) s'étendent parallèlement l'une à l'autre.

10. Dispositif de réglage (1) selon la revendication 9, caractérisé en ce que les surfaces d'appui (17, 18) sont réalisées sous forme tronconique circulaire.

Zeichnung