DE102008020893A1

DE102008020893A1 - Elektromagnetische Stellvorrichtung

Info

Publication number: DE102008020893A1
Application number: DE200810020893
Authority: DE
Inventors: Alexander Feldmann; Andreas Nendel
Original assignee: Schaeffler KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2008-04-25
Filing date: 2008-04-25
Publication date: 2009-10-29

Abstract

Vorgeschlagen ist eine elektromagnetische Stellvorrichtung (1) umfassend eine Magnetspule (27) und einen zwischen einer ersten Position und einer zweiten Position verlagerbaren Magnetanker (12), der im bestromten Zustand der Magnetspule mit einer in die erste Position gerichteten Anzugskraft und im unbestromten Zustand der Magnetspule mit einer in die zweite Position gerichteten Rückstellkraft beaufschlagt ist, sowie einen elektrischen Schalter zur Positionsdiagnose des Magnetankers. Dabei soll der Schalter durch den Magnetanker selbst und ein mit dem Magnetanker zusammenwirkendes Kontaktelement (30) gebildet sein derart, dass der Magnetanker und das Kontaktelement als elektrische Leiter in einem über den Schalter verlaufenden Diagnosestromkreis dienen, der in der ersten Position durch Kontakt des Magnetankers mit dem Kontaktelement geschlossen und in der zweiten Position durch Kontaktfreiheit des Magnetankers vom Kontaktelement geöffnet ist.

Description

Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft eine elektromagnetische Stellvorrichtung umfassend eine Magnetspule und einen zwischen einer ersten Position und einer zweiten Position verlagerbaren Magnetanker, der im bestromten Zustand der Magnetspule mit einer in die erste Position gerichteten Anzugskraft und im unbestromten Zustand der Magnetspule mit einer in die zweite Position gerichteten Rückstellkraft beaufschlagt ist, sowie einen elektrischen Schalter zur Positionsdiagnose des Magnetankers.
Hintergrund der Erfindung
Derartige Stellvorrichtungen mit elektrischen Schaltern zur Positionsdiagnose des Magnetankers sind beispielsweise als Fluidventile aus der DE 10 2005 026 105 A1 und der US 4,195,662 bekannt. Der elektrische Schalter ist dort jeweils als zur Magneteinheit, die ein Magnetgehäuse und die darin angeordnete Magnetspule sowie den Magnetanker umfasst, separates Bauelement ausgeführt. Die mechanische Verbindung des Magnetankers mit dem Schalter erfolgt über eine vom Magnetanker betätigte Stößelstange, die durch die Magnetspule hindurch geführt ist. Als nachteilig einer derartigen Konstruktion ist kostenseitig der erhebliche Aufwand zur Herstellung und Montage der zahlreichen Komponenten und funktionsseitig die zur Betätigung des Schalters erforderliche und eine hohe Schaltgeschwindigkeit des Magnetankers beeinträchtigende Zusatzmasse dieser Komponenten zu sehen.
Aufgabe der Erfindung
Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine elektromagnetische Stellvorrichtung der eingangs genannten Art so fortzubilden, dass zum einen die Stellvorrichtung kostengünstig herstellbar ist und zum anderen eine möglichst hohe Schaltgeschwindigkeit eines vom Magnetanker betätigten Stellgliedes erzielbar ist.
Zusammenfassung der Erfindung
Die Lösung dieser Aufgabe ergibt sich aus den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1, während vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen der Erfindung den Unteransprüchen entnehmbar sind. Demnach soll der Schalter durch den Magnetanker selbst und ein mit dem Magnetanker zusammenwirkendes Kontaktelement gebildet sein derart, dass der Magnetanker und das Kontaktelement als elektrische Leiter in einem über den Schalter verlaufenden Diagnosestromkreis dienen, der in der ersten Position durch Kontakt des Magnetankers mit dem Kontaktelement geschlossen und in der zweiten Position durch Kontaktfreiheit des Magnetankers vom Kontaktelement geöffnet ist.
Die vorgenannten Nachteile gemäß dem zitierten Stand der Technik werden folglich dadurch vermieden, dass der Magnetanker zusätzlich die Funktion des Schalters übernimmt und somit sowohl der konstruktive Mehraufwand für einen separaten Schalter als auch die die Schaltgeschwindigkeit der Stellvorrichtung beeinträchtigende Massenwirkung der nun nicht mehr erforderlichen Übertragungsbauteile zum separaten Schalter entfallen.
In Weiterbildung der Erfindung ist es vorgesehen, dass die Stellvorrichtung weiterhin ein die Rückstellkraft erzeugendes Federmittel mit einer Druckfeder umfasst, die als elektrischer Leiter in dem Diagnosestromkreis dient. Dabei kann das Federmittel eine zur Druckfeder parallel angeordnete und das Kontaktelement bildende weitere Druckfeder umfassen, wobei das ankerseitige Ende der weiteren Druckfeder in der zweiten Position des Magnetankers von diesem beabstandet verläuft. Die Kontaktfreiheit der weiteren Druckfeder zum Magnetanker in dessen zweiter Position kann konstruktiv beispielsweise so ausgestaltet werden, dass die weitere Druckfeder ihre ungespannte Länge einnimmt, bevor der Magnetanker seine zweite Position erreicht oder dass der Hub der weiteren Druckfeder von einem Anschlag begrenzt wird, bevor der Magnetanker seine zweite Position erreicht.
In einer ersten Ausgestaltung eines solchen Federmittels sollen die Druckfeder und die weitere Druckfeder jeweils als Schraubendruckfeder ausgebildet sein. Alternativ hierzu kann es auch zweckmäßig sein, dass die Druckfeder und die weitere Druckfeder jeweils als im wesentlichen kreisbogenförmige Feder aus Flachmaterial ausgebildet sind. Während sich mit einer Schraubendruckfeder eine generell weichere Federkennlinie einstellen lässt, bietet die Flachformfeder Vorteile hinsichtlich ihres axialen Bauraumbedarfs. Selbstverständlich ist es auch möglich, eine der Druckfedern als Schraubendruckfeder und die andere Druckfeder als Flachformfeder auszubilden.
Im Hinblick auf die Bestromung der Magnetspule kann es vorgesehen sein, dass der Stromkreis durch die Magnetspule, abhängig vom Kontakt des Magnetankers mit dem Kontaktelement, in der ersten Position des Magnetankers geschlossen und in dessen zweiter Position geöffnet ist. Das bedeutet einerseits, dass der gesamte Spulenstrom über den Magnetanker und das Kontaktelement geleitet wird, und andererseits, dass der Magnetanker nur durch äußere Krafteinwirkung aus der zweiten Position in Richtung der ersten Position zurückverlagert werden kann, bis der Kontakt des Magnetankers mit dem Kon taktelement wiederhergestellt und folglich die Magnetspule wieder bestrombar ist.
In einer gegenüber dieser einfach aufgebauten Schaltung bevorzugten Ausführung soll der Stromkreis durch die Magnetspule, unabhängig vom Kontakt des Magnetankers mit dem Kontaktelement, in beiden Positionen des Magnetankers geschlossen sein, wobei der Schalter einen zur Magnetspule parallel geschalteten elektrischen Widerstand umfasst. In diesem Fall ist eine Bestromung der Magnetspule in beiden Positionen des Magnetankers möglich, während gleichzeitig die über den Schalter, d. h. den Magnetanker fließende Stromstärke auf einem niedrigen Niveau zugunsten eines deutlich reduzierten Kontaktverschleißes gehalten werden kann.
Im Hinblick auf einen bevorzugten technischen Anwendungsfall soll die Stellvorrichtung weiterhin folgende Merkmale umfassen:

– ein Gehäuse und einen darin gelagerten, relativ zum Gehäuse aus einer eingefahrenen Halteposition in eine Arbeitsposition ausfahrbaren und von einem weiteren Federmittel in Ausfahrrichtung kraftbeaufschlagten Aktuatorstift zur Verstellung eines mit der Stellvorrichtung zusammenwirkenden Maschinenteils, das eine mit einem ersten Ende des Aktuatorstifts in dessen Arbeitsposition zusammenwirkende Verschiebenut aufweist, die den Aktuatorstift zurück in dessen Halteposition verlagert und
– eine Halte- und Lösevorrichtung zum Halten des Aktuatorstifts in der Halteposition und zum Lösen des Aktuatorstifts aus der Halteposition mit: i) einem am Magnetanker befestigten Sperrschieber, der in einer am zweiten Ende des Aktuatorstifts verlaufenden Längsbohrung relativ zu dieser verlagerbar angeordnet ist; ii) einer am Sperrschieber ausgebildeten ersten Stützfläche und einer im Gehäuse ausgebildeten zweiten Stützfläche; iii) zumindest einem Sperrkörper, der in einer die Längsbohrung schneidenden Querbohrung beweglich angeordnet und in der Halteposition des Aktuatorstifts zwischen den Stützflächen eingespannt ist, iv) und, zum Lösen des Aktuatorstifts aus der Halteposition, der den Magnetanker und den Sperrschieber in Einfahrrichtung des Aktuatorstifts verlagernden Magnetspule.

Eine solche Stellvorrichtung, deren Aufbau und Funktionsweise später anhand eines Ausführungsbeispiels erläutert ist, eignet sich in besonderem Maße zur Verstellung eines hubvariablen Ventiltriebs einer Brennkraftmaschine, wie er beispielsweise aus der DE 10 2004 021 376 A1 hervorgeht. Die Hubvariabilität des dort vorgeschlagenen Ventiltriebs basiert auf einem als Nockenstück ausgebildeten Maschinenteil mit darauf 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 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 aktiv aus seiner Arbeitsposition zurück in die Halteposition verlagert. Diese Rückstellung des Aktuatorstifts geht mit einer Positionsänderung des Sperrschiebers und folglich des Magnetankers einher und führt aufgrund des sich dabei schließenden Schalterkontakts zu einer Spannungsänderung in einem an die Stellvorrichtung angelegten Diagnosestromkreis.
Der Diagnosestromkreis kann Teil von heutzutage obligatorischen Onboard-Diagnose-Systemen in Kraftfahrzeugen, kurz OBD, zur Überwachung emissionsrelevanter Bauteile sein, so dass ein erfolgreicher Rückstellvorgang des Aktuatorstifts in die Halteposition und ein sicheres Halten des Aktuatorstifts in der Halteposition überwacht werden können.
In einer konstruktiv bevorzugten Ausgestaltung einer derartigen Stellvorrichtung soll es sich bei dem Sperrkörper um eine Kugel handeln, wie sie als extrem kostengünstiges Massenprodukt einer Wälzkörperfertigung entnehmbar ist. Dabei sind vorteilhaft drei Kugeln und drei gleichmäßig über den Umfang des Aktuatorstifts verteilte Querbohrungen, in denen die Kugeln angeordnet sind, vorgesehen. Gegenüber nur einer Kugel ist dies insofern vorteilhaft, da entweder bei identischer Dimensionierung der Kugeln größere Haltekräfte erzeugbar sind oder bei kleinerer Dimensionierung der Kugeln – entsprechend einem weiterhin reduzierten Bauraumbedarf der Haltevorrichtung – die ggf. 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 Sperrschiebers in der Längsbohrung des Aktuatorstifts. Dennoch sind selbstverständlich auch Anordnungen mit zwei, vier oder mehr Kugeln möglich.
In einer weiteren konkretisierten Ausgestaltung der Halte- und Lösevorrichtung soll der Sperrkörper in der Halteposition des Aktuatorstifts infolge Selbsthemmung zwischen den Stützflächen eingespannt sein, wobei sich die erste Stützfläche in Ausfahrrichtung des Aktuatorstifts radial verjüngt und die Stützflächen parallel zueinander verlaufen. Mit anderen Worten wird der Aktuatorstift durch reibungsbedingte Klemmwirkung des Sperrkörpers an den Stützflächen entgegen der Kraft des weiteren Federmittels in der Halteposition fixiert. Der radiale Bauraumbedarf der Halte- und Lösevorrichtung kann somit sehr klein gehalten werden, da zur Erzeugung der Klemmkraft an den Stützflächen eine kleine Kontaktfläche ausreichend ist.
Eine kostengünstige Herstellbarkeit der Stellvorrichtung ergibt sich dadurch, dass die erste Stützfläche und die zweite Stützfläche kreiskegelstumpfförmig ausgebildet sind. Diese Ausgestaltung ist nicht nur auf die vorgenannten parallel zueinander verlaufenden Stützflächen mit Selbsthemmung des Sperrkörpers beschränkt, sondern gilt allgemein auch für Stützflächen, zwischen denen der Sperrkörper formschlüssig eingespannt ist.
Schließlich ist es vorgesehen, dass das weitere Federmittel als konzentrisch um den Sperrschieber verlaufende Schraubendruckfeder ausgebildet ist, die an einer Stirnseite des zweiten Endes des Aktuatorstifts einerseits und an einer dem Aktuatorstift zugewandten Stirnseite einer zwischen der Schraubendruckfeder und dem Magnetanker fest im Gehäuse angeordneten Buchse andererseits abgestützt ist. Die Funktion der Buchse ist dabei nicht nur auf die Abstützung der Schraubendruckfeder beschränkt. Vielmehr können auch die der Schraubendruckfeder abgewandte Stirnseite der Buchse als Axialanschlag für den Magnetanker und die Buchsenbohrung als Längsführung für den Sperrschieber dienen.
Sofern es möglich und zweckmäßig ist, sollen die vorgenannten Merkmale und Ausgestaltungen auch beliebig miteinander kombinierbar sein.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung und aus den Zeichnungen, in denen Ausführungsbeispiele der erfindungsgemäßen Stellvorrichtung teilweise vereinfacht oder schematisch dargestellt sind. Sofern nicht anders erwähnt, sind dabei gleiche oder funktionsgleiche Merkmale oder Bauteile mit gleichen Bezugszahlen versehen. Es zeigen:
1 eine Gesamtdarstellung einer erfindungsgemäßen Stellvorrichtung im Längsschnitt;
2 einen mit der Stellvorrichtung zusammenwirkenden hubvariablen Ventiltrieb einer Brennkraftmaschine in perspektivischer Darstellung;
3 eine Prinzipdarstellung der Stellvorrichtung mit parallelen Stützflächen und selbsthemmend eingespanntem Sperrkörper;
4a–d eine mit dem Ventiltrieb gemäß 2 zusammenwirkende Stellvorrichtung in verschiedenen Schalterpositionen bei unterbrechendem Stromkreis durch die Magnetspule;
5a–d eine mit dem Ventiltrieb gemäß 2 zusammenwirkende alternative Verstellvorrichtung in verschiedenen Schalterpositionen bei nicht unterbrechendem Stromkreis durch die Magnetspule;
6 eine Magnetspule mit daran befestigten Federzungen in Seitenansicht;
7 die Magnetspule gemäß 6 in Untersicht und
8 eine vereinfachte Darstellung eines von Schraubendruckfedern kraftbeaufschlagten Magnetankers.
Ausführliche Beschreibung der Zeichnungen
In 1 ist ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Stellvorrichtung 1 offenbart, die zur Ansteuerung eines an sich bekannten und in 2 dargestellten hubvariablen Ventiltriebs 2 einer Brennkraftmaschine dient. Das grundlegende Funktionsprinzip eines solchen Ventiltriebs 2 geht sowohl aus der eingangs zitierten Druckschrift DE 10 2004 021 376 A1 als auch aus der DE 196 11 641 C1 hervor und lässt sich dahingehend zusammenfassen, dass anstelle einer konventionell starr ausgebildeten Nockenwelle eine Trägerwelle 3 mit einem darauf drehfest und längsverschiebbar angeordneten Nockenstück 4 vorgesehen ist. Das Nockenstück 4 weist zwei Gruppen axial benachbarter Nocken 5 und 6 mit unterschiedlichen Öffnungsverläufen auf, welche zur betriebspunktabhängigen Betätigung von Gaswechselventilen 7 dienen. Die zur selektiven Aktivierung des jeweiligen Nockens 5 oder 6 erforderliche Verschiebung des Nockenstücks 4 auf der Trägerwelle 3 erfolgt über spiralförmige Ver schiebenuten 8 am Nockenstück 4, die sich entsprechend der Verschieberichtung in ihrer Orientierung unterscheiden und in die, je nach momentaner Stellung des Nockenstücks 4, jeweils ein Aktuatorstift 9 mit seinem ersten Ende 10 einkoppelbar ist.
Ausgehend von der in 1 gezeigten ersten Schaltstellung der Stellvorrichtung 1, in welcher sich der Aktuatorstift 9 in seiner eingefahrenen Halteposition befindet, erfolgt das Einkoppeln des Aktuatorstifts 9 in die Verschiebenut 8 durch Ausfahren des Aktuatorstifts 9 in dessen Arbeitsposition. Es ist deutlich erkennbar, dass die Verschiebenuten 8 nicht nur eine axiale Erhebung zum Verschieben des Nockenstücks 4 auf der Trägerwelle 3, sondern auch einen radial wirkenden Auslaufbereich 11 aufweisen, dessen Erhebung den Aktuatorstift 9 gegen Ende des Verschiebevorgangs zurück in seine Halteposition verlagert.
Wie bereits eingangs erwähnt, kann es im Rahmen der Funktionsüberwachung emissionsrelevanter Bauteile der Brennkraftmaschine erforderlich sein, den Erfolg dieses Verschiebevorgangs in die Halteposition und ein unbeabsichtigtes Ausfahren des Aktuatorstifts 9 aus der Halteposition mittels OBD zu kontrollieren. Die nachfolgend im Detail erläuterte Stellvorrichtung 1 ist zu diesem Zweck konstruktiv so gestaltet, dass sie eine Positionsdiagnose ihres Magnetankers 12 erlaubt. Die Stellvorrichtung 1 umfasst ein langgestrecktes zylindrisches Gehäuse 13 mit einer den Aktuatorstift 9 lagernden Längsführung 14, wobei der von einer (eingangs als weiteres Federmittel bezeichneten) Schraubendruckfeder 15 in Ausfahrrichtung kraftbeaufschlagte Aktuatorstift 9 relativ zum Gehäuse 13 zwischen seiner eingefahrenen Halteposition und seiner hier nicht dargestellten Arbeitsposition, in welcher der Aktuatorstift 9 um einen der Tiefe der Verschiebenuten 8 entsprechenden Hub ausgefahren ist, hin und her verfährt. Zum Halten des Aktuatorstifts 9 in der Halteposition und zum Lösen des Aktuatorstifts 9 aus der Halteposition dient eine mit 16 bezeichnete Halte- und Lösevorrichtung. Diese umfasst einen in Verfahrrichtung des Aktuatorstifts 9 und von diesem unabhängig verlagerbaren Sperrschieber 17 sowie ein den Sperrschieber 17 in Ausfahrrichtung des Aktuatorstifts 9 kraftbeaufschlagendes Federmittel 18. Der als zylindrischer Stift ausgebildete Sperrschieber 17 ist in einer am zweiten Ende 19 des Aktuatorstifts 9 verlaufenden und als Sackloch ausgebildeten Längsbohrung 20 beweglich angeordnet und weist einen kreiskegelstumpfförmigen ersten Endabschnitt 21 auf, wobei eine gedachte Spitze des Kreiskegels in Ausfahrrichtung des Aktuatorstifts 9 weist.
Der erste Endabschnitt 21 des Sperrschiebers 17 dient als erste Stützfläche für drei als Kugeln ausgebildete Sperrkörper 22, die in drei gleichmäßig über den Umfang des Aktuatorstifts 9 verteilten und die Längsbohrung 20 schneidenden Querbohrungen 23 beweglich angeordnet sind. Die Kugeln 22 stützen sich gehäuseseitig an einer zweiten Stützfläche 24 ab, die gemäß einem vergrößerten schematischen Ausschnitt der Stützflächen 21, 24 in 3 ebenfalls kreiskegelstumpfförmig ausgebildet ist. Die Stützflächen 21, 24 verlaufen mit identischen Neigungswinkeln α und β parallel zueinander, wobei sich eine kraftschlüssige Klemmung der durch das Federmittel 18 kraftbeaufschlagten Kugeln 22 in Ausfahrrichtung des Aktuatorstifts 9 infolge Selbsthemmung einstellt.
Der konstante Abstand der Stützflächen 21, 24 führt dazu, dass eine veränderte Endlage des Aktuatorstifts 9 in dessen Halteposition gemäß der gepunktet dargestellten Kugel 22 die entsprechende Axialposition des Sperrschiebers 17 nicht beeinflusst. Hieraus ergibt sich eine im Betrieb der Stellvorrichtung 1 weitestgehend gleichbleibende Axialposition des Sperrschiebers 17, die von dynamisch bedingten Endlagenänderungen des Aktuatorstifts 9 in seiner Halteposition nahezu unabhängig ist. Folglich ist auch der Luftspalt zwischen dem mit dem zweiten Endabschnitt 25 des Sperrschiebers 17 fest verbundenen Magnetanker 12 und einem Magnetkern 26 einer Magnetspule 27 im wesentlichen konstant, so dass bei der Dimensionierung dieser Bauteile bezüglich der Anzugskraft auf den Magnetanker 12 betriebsbedingte Positionsänderungen des Aktuatorstifts 9 in seiner Halteposition weitgehend unberücksichtigt bleiben können.
Eine ins Gehäuse 13 eingepresste Buchse 28 dient mit ihrer der Magnetspule 27 zugewandten Stirnseite als Axialanschlag für den Magnetanker 12 und mit ihrer dem Aktuatorstift 9 zugewandten Stirnseite als Abstützung für die konzentrisch um den Sperrschieber 17 verlaufende Schraubendruckfeder 15. Der hier ein großes Radialspiel zum Sperrschieber 17 aufweisende Innendurchmesser der Buchse 28 kann alternativ auch so klein ausgeführt sein, dass die Buchse 28 als Längsführung für den Sperrschieber 17 dient. Um eine unzulässige Verdrillung der Schraubendruckfeder 15 infolge Rotation des Aktuatorstifts 9 bei Eingriff in der Verschiebenut 8 zu verhindern, kann es zweckmäßig sein, die Stirnseiten der Buchse 28 und/oder des Aktuatorstifts 9 mit guten Gleiteigenschaften oder alternativ mit separaten Gleitscheiben als Auflage für die Schraubendruckfeder 15 zu versehen.
Der Bewegungsablauf der erfindungsgemäßen Stellvorrichtung und die Funktionsweise der Positionsdiagnose des Magnetankers 12 ergibt sich aus 1 in Verbindung mit den 4a–d und 5a–d. Ausgangspunkt ist der in den 1, 4a und 5a dargestellte Zustand, in welchem der Aktuatorstift 9 infolge des zuvor erläuterten Klemmens der Kugeln 22 zwischen den Stützflächen 21, 24 in seiner Halteposition fixiert ist. Ein Lösen des Aktuatorstifts 9 aus dieser Halteposition wird durch Bestromung der Magnetspule 27 eingeleitet, wobei der Magnetanker 12 zusammen mit dem Sperrschieber 17 in die erste Position zum Magnetkern 26 angezogen und folglich die Klemmwirkung der Kugeln 22 gegenüber den Stützflächen 21, 24 aufgehoben wird (siehe 4b und 5b). Der so gelöste Aktuatorstift 9 wird durch die Kraft der Schraubendruckfeder 15 in seine Arbeitsposition getrieben, wobei die Kugeln 22 der Neigung der zweiten Stützfläche 24 im Gehäuse 13 folgen und sich radial einwärts in den Querbohrungen 23 verlagern. Während der Ausfahrbewegung oder nach Erreichen der Arbeitsposition des Aktuatorstifts 9 wird die Bestromung der Magnetspule 27 abgeschaltet, so dass sich der durch das Federmittel 18 kraftbeaufschlagte Magnetanker 12 zusammen mit dem Sperrschieber 17 ebenfalls in Richtung der Arbeitsposition verlagert. Die in den 4c und 5c dargestellte zweite Position des Magnetankers 12 ist durch die als Axialanschlag dienende Buchse 28 festgelegt.
Das die Rückstellkraft auf den Magnetanker 12 erzeugende Federmittel 18 ist durch eine Druckfeder 29 und eine zu dieser parallel angeordnete weitere Druckfeder 30 gebildet. Der Magnetanker 12 und die weitere Druckfeder 30 bilden einen elektrischen Schalter zur Positionsdiagnose des Magnetankers 12, wobei die weitere Druckfeder 30 wie die Druckfeder 29 und der Magnetanker 12 elektrisch leitend ist und als mit dem Magnetanker 12 zusammenwirkendes Kontaktelement dient. Wie aus den 4c und 5c deutlich wird, besteht in dieser zweiten Position kein Kontakt mehr zwischen dem Magnetanker 12 und dem Kontaktelement 30. Folglich ist auch ein über den Schalter verlaufender Diagnosestromkreis in dieser zweiten Position geöffnet.
Gemäß den 4d und 5d wird der Diagnosestromkreis dann wieder geschlossen, wenn der Aktuatorstift 9 zurück in seine Halteposition verlagert wird und der Magnetanker 12 das Kontaktelement 30 kontaktiert. Im Falle des Ventiltriebs 2 aus 2 wird die Einfahrbewegung des Aktuatorstifts 9 durch den radialen Anstieg der Verschiebenuten 8 erzeugt. Aufgrund der Mitnehmerwirkung der Kugeln 22 folgt der Sperrschieber 17 dieser Einfahrbewegung bis kurz vor Erreichen der Halteposition. Danach verlagert sich der Aktuatorstift 9 bei bereits stillstehendem Sperrschieber 17 weiterhin in Einfahrrichtung, während die Kugeln 22 dem geneigten Verlauf der ersten Stützfläche 21 folgend radial ausweichen. Bei Erreichen der Halteposition setzt die Klemmwirkung der Kugeln 22 ein, so dass der Aktuatorstift 9 erneut in seiner Halteposition gemäß 1 fixiert ist. Das Schließen des Schalters führt zu einer Änderung einer an den Diagnosestromkreis angelegten Messspannung 31, deren Signal der Position des Magnetankers 12 entspricht und der OBD zur weiteren Auswertung zugeführt wird.
Die in den 4a–d und 5a–d dargestellten Stellvorrichtungen unterscheiden sich bezüglich ihrer Stromkreisschaltungen dadurch, dass einerseits (4a–d) der gesamte Strom durch die Magnetspule 27 über den Schalter geleitet wird und dass andererseits (5a–d) ein zum Stromkreis durch die Magnetspule 27 parallel geschalteter Stromkreis, umfassend einen elektri schen Widerstand in Form einer weiteren Spule 32, durch den Schalter vorgesehen ist. Die sich beim Schließen des Schalters ändernde Messspannung 31 geht demnach einerseits von 0 Volt aus und ergibt sich andererseits aus der Parallelschaltung der elektrischen Widerstände der Magnetspule 27 und der weiteren Spule 32. Die Höhe der Messspannung darf in beiden Fällen selbstverständlich nur so groß gewählt werden, dass der Magnetanker 12 nicht unbeabsichtigt von der Magnetspule 27 angezogen wird oder in der ersten Position des Magnetankers 12 bei Abschalten der Spulenbestromung am Magnetkern 26 haften bleibt.
In den 6 und 7 ist die Magnetspule 27 aus 1 in vergrößerter Seitenansicht bzw. Untersicht dargestellt. Deutlich zu erkennen ist das Federmittel 18 mit der Druckfeder 29 und der weiteren Druckfeder 30, bei denen es sich um kreisbogenförmige Federn aus Flachmaterial, kurz Federzungen, handelt. Die ungespannte Länge der weiteren Druckfeder 30 ist deutlich kleiner als die der Druckfeder 29, so dass das ankerseitige Ende der weiteren Druckfeder 30 in der zweiten Position des Magnetankers 12 von diesem beabstandet verläuft und der Schalter geöffnet ist. Die Druckfeder 29 ist in 1 einzig aus dem Grund nicht ersichtlich, als die Magnetspule 27 dort im Längsschnitt dargestellt ist und die Druckfeder 29 auf der nicht dargestellten Schnitthälfte der Magnetspule 27 verläuft.
Eine zu den Federzungen 29, 30 alternative Ausgestaltung des Federmittels 18 geht aus 8 hervor. In diesem Fall sind die Druckfeder 29 und die weitere Druckfeder 30 jeweils als Schraubendruckfeder ausgebildet, wobei die ungespannte Länge der als Kontaktelement dienenden weiteren Druckfeder 30 ebenfalls so bemessen ist, dass sie den Magnetanker 12 in dessen zweiter Position nicht kontaktiert.

1: Stellvorrichtung
2: Ventiltrieb
3: Trägerwelle
4: Nockenstück
5: Nocken
6: Nocken
7: Gaswechselventil
8: Verschiebenut
9: Aktuatorstift
10: erstes Ende des Aktuatorstifts
11: Auslaufbereich der Verschiebenut
12: Magnetanker
13: Gehäuse
14: Längsführung
15: weiteres Federmittel/Schraubendruckfeder
16: Halte- und Lösevorrichtung
17: Sperrschieber
18: Federmittel
19: zweites Ende des Aktuatorstifts
20: Längsbohrung
21: erster Endabschnitt des Sperrschiebers/erste Stützfläche
22: Sperrkörper/Kugel
23: Querbohrung
24: zweite Stützfläche
25: zweiter Endabschnitt des Sperrschiebers
26: Magnetkern
27: Magnetspule
28: Buchse
29: Druckfeder
30: weitere Druckfeder/Kontaktelement
31: Messspannung
32: weitere Spule/elektrischer Widerstand
α: Neigungswinkel der ersten Stützfläche
β: Neigungswinkel der zweiten Stützfläche

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- DE 102005026105 A1 [0002]
- US 4195662 [0002]
- DE 102004021376 A1 [0011, 0027]
- DE 19611641 C1 [0027]

Claims

Elektromagnetische Stellvorrichtung (1) umfassend eine Magnetspule (27) und einen zwischen einer ersten Position und einer zweiten Position verlagerbaren Magnetanker (12), der im bestromten Zustand der Magnetspule (27) mit einer in die erste Position gerichteten Anzugskraft und im unbestromten Zustand der Magnetspule (27) mit einer in die zweite Position gerichteten Rückstellkraft beaufschlagt ist, sowie einen elektrischen Schalter zur Positionsdiagnose des Magnetankers (12), dadurch gekennzeichnet, dass der Schalter durch den Magnetanker (12) selbst und ein mit dem Magnetanker (12) zusammenwirkendes Kontaktelement (30) gebildet ist derart, dass der Magnetanker (12) und das Kontaktelement (30) als elektrische Leiter in einem über den Schalter verlaufenden Diagnosestromkreis dienen, der in der ersten Position durch Kontakt des Magnetankers (12) mit dem Kontaktelement (30) geschlossen und in der zweiten Position durch Kontaktfreiheit des Magnetankers (12) vom Kontaktelement (30) geöffnet ist.
Stellvorrichtung (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Stellvorrichtung (1) weiterhin ein die Rückstellkraft erzeugendes Federmittel (18) mit einer Druckfeder (29) umfasst, die als elektrischer Leiter in dem Diagnosestromkreis dient.
Stellvorrichtung (1) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Federmittel (18) eine zur Druckfeder (29) parallel angeordnete und das Kontaktelement bildende weitere Druckfeder (30) umfasst, wobei das ankerseitige Ende der weiteren Druckfeder (30) in der zweiten Position des Magnetankers (12) von diesem beabstandet verläuft.
Stellvorrichtung (1) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckfeder (29) und die weitere Druckfeder (30) jeweils als Schraubendruckfeder ausgebildet sind.
Stellvorrichtung (1) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckfeder (29) und die weitere Druckfeder (30) jeweils als im wesentlichen kreisbogenförmige Feder aus Flachmaterial ausgebildet sind.
Stellvorrichtung (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Stromkreis durch die Magnetspule (27), abhängig vom Kontakt des Magnetankers (12) mit dem Kontaktelement (30), in der ersten Position des Magnetankers (12) geschlossen und in der zweiten Position des Magnetankers (12) geöffnet ist.
Stellvorrichtung (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Stromkreis durch die Magnetspule (27), unabhängig vom Kontakt des Magnetankers (12) mit dem Kontaktelement (30), in beiden Positionen des Magnetankers (12) geschlossen ist, wobei der Schalter einen zur Magnetspule (27) parallel geschalteten elektrischen Widerstand (32) umfasst.
Stellvorrichtung (1) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Stellvorrichtung (1) weiterhin folgendes umfasst: – ein Gehäuse (13) und einen darin gelagerten, relativ zum Gehäuse (13) aus einer eingefahrenen Halteposition in eine Arbeitsposition ausfahrbaren und von einem weiteren Federmittel (15) in Ausfahrrichtung kraftbeaufschlagten Aktuatorstift (9) zur Verstellung eines mit der Stellvorrichtung (1) zusammenwirkenden Maschinenteils, das eine mit einem ersten Ende (10) des Aktuatorstifts (9) in dessen Arbeitsposition zusammenwirkende Verschiebenut (8) aufweist, die den Aktuatorstift (9) zurück in dessen Halteposition verlagert und – eine Halte- und Lösevorrichtung (16) zum Halten des Aktuatorstifts (9) in der Halteposition und zum Lösen des Aktuatorstifts (9) aus der Halteposition mit: i) einem am Magnetanker (12) befestigten Sperrschieber (17), der in einer am zweiten Ende (19) des Aktuatorstifts (9) verlaufenden Längsbohrung (20) relativ zu dieser verlagerbar angeordnet ist; ii) einer am Sperrschieber (17) ausgebildeten ersten Stützfläche (21) und einer im Gehäuse (13) ausgebildeten zweiten Stützfläche (24); iii) zumindest einem Sperrkörper (22), der in einer die Längsbohrung (20) schneidenden Querbohrung (23) beweglich angeordnet und in der Halteposition des Aktuatorstifts (9) zwischen den Stützflächen (21, 24) eingespannt ist, iv) und, zum Lösen des Aktuatorstifts (9) aus der Halteposition, der den Magnetanker (12) und den Sperrschieber (17) in Einfahrrichtung des Aktuatorstifts (9) verlagernden Magnetspule (27).
Stellvorrichtung (1) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Sperrkörper (22) als Kugel ausgebildet ist.
Stellvorrichtung (1) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Sperrkörper (22) in der Halteposition des Aktuatorstifts (9) infolge Selbsthemmung zwischen den Stützflächen (21, 24) eingespannt ist, wobei sich die erste Stützfläche (21) in Ausfahrrichtung des Aktuatorstifts (9) radial verjüngt und die Stützflächen (21, 24) parallel zueinander verlaufen.
Stellvorrichtung (1) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Stützfläche (21) und die zweite Stützfläche (24) kreiskegelstumpfförmig ausgebildet sind.
Stellvorrichtung (1) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das weitere Federmittel (15) als konzentrisch um den Sperrschieber (17) verlaufende Schraubendruckfeder ausgebildet ist, die an einer Stirnseite des zweiten Endes (19) des Aktuatorstifts (9) einerseits und an einer dem Aktuatorstift (9) zugewandten Stirnseite einer zwischen der Schraubendruckfeder (15) und dem Magnetanker (12) fest im Gehäuse (13) angeordneten Buchse (28) andererseits abgestützt ist.