DE102017124342A1

DE102017124342A1 - Monostable electromagnetic actuator and use of such

Info

Publication number: DE102017124342A1
Application number: DE102017124342.9A
Authority: DE
Inventors: Jörg Bürßner
Original assignee: ETO Magnetic GmbH
Current assignee: ETO Magnetic GmbH
Priority date: 2017-10-18
Filing date: 2017-10-18
Publication date: 2019-04-18

Abstract

Die Erfindung begrifft eine Monostabile elektromagnetische Stellvorrichtung mit relativ zu in einem Gehäuse (10) vorgesehenen stationären Kernmitteln (24) und diese zumindest abschnittsweise umgebenden, im Gehäuse vorgesehenen stationären Spulenmitteln (20, 22) als Reaktion auf eine Bestromung derselben entlang einer axialen Richtung (28) bewegbaren, bevorzugt langgestreckten Ankermitteln (30, 34-38), die zum abstoßenden Zusammenwirken mit den Kernmitteln als Reaktion auf die Bestromung ausgebildete Permanentmagnetmittel (36) sowie an einem Eingriffsende Betätigungsmittel (48, 52) zum stellenden Zusammenwirken mit einem gehäuseextern vorsehbaren Stellpartner aufweisen, wobei den Ankermitteln Rückstellmittel (46) so zugeordnet sind, dass als Reaktion auf eine Beendigung der Bestromung die Ankermittel aus einer axial ausgefahrenen und/oder Betätigungsposition in eine stromlos stabile Ausgangsposition, insbesondere Anschlagsposition an den Kernmitteln, verbracht werden,wobei magnetflussleitende, schlittenartig im Gehäuse axial bewegbar geführte Flussleitmittel (56) so ausgebildet, mit den Ankermitteln verbunden und zusammen mit diesen bewegbar sind, dass die Flussleitmittel an der ausgefahrenen bzw. Betätigungsposition der Ankermittel einen eine Haltekraft auf die Ankermittel bewirkenden und durch die Bestromung erzeugten Spulenmagnetfluss von einem bezogen auf die axiale Richtung radial vorspringenden Abschnitt (32, 66) der Kernmittel zum radial gegenüberliegenden magnetflussleitenden Gehäuse (10) mechanisch kontaktbildend und/oder unter Ausbildung eines radialen Arbeitsluftspaltes leiten können.The invention relates to a monostable electromagnetic actuator with relative to in a housing (10) provided stationary core means (24) and at least partially surrounding, provided in the housing stationary coil means (20, 22) in response to an energization of the same along an axial direction (28 ), preferably elongate anchoring means (30, 34-38), which for the repulsive interaction with the core means in response to the energization formed permanent magnet means (36) and at an engagement end actuation means (48, 52) for stellar interaction with a housing externally providable control partner , wherein the anchor means return means (46) are associated so that in response to a termination of energization, the anchor means from an axially extended and / or actuation position in a currentless stable starting position, in particular stop position at the core means spent, wherein magn flow-guiding means (56), which are guided axially movably in the housing, are designed, connected to the anchor means and movable together with the anchoring means, that the flux guiding means at the extended or actuation position of the anchor means have a coil magnetic flux causing a holding force on the armature means and generated by the energization from a radially projecting relative to the axial direction portion (32, 66) of the core means to the radially opposite magnetic flux conducting housing (10) mechanically contact-forming and / or can guide to form a radial working air gap.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine monostabile elektromagnetische Stellvorrichtung nach dem Oberbegriff des Hauptanspruchs. Ferner betrifft die vorliegende Erfindung eine Verwendung einer derartigen monostabilen elektromagnetischen Stellvorrichtung.The present invention relates to a monostable electromagnetic actuator according to the preamble of the main claim. Furthermore, the present invention relates to a use of such a monostable electromagnetic actuator.

Aus dem Stand der Technik sind elektromagnetische Stellvorrichtungen allgemein bekannt und werden für eine Vielzahl von Stell- und Schaltvorgängen eingesetzt. Neben typischen bekannten Ventilanwendungen ist es dabei insbesondere in einem Kraftfahrzeugkontext bekannt, gattungsgemäße elektromagnetische Stellvorrichtungen zur Nockenwellenverstellung einzusetzen, wobei bei einer solchen Technologie als Reaktion auf das Bestromen stationärer Spulenmittel in einem Aktorgehäuse relativ zu stationären Kernmitteln bewegbar geführter Ankermittel bewegt und mit ansitzenden Stößelmitteln dann so mit einem gehäuseextern vorgesehenen Stellpartner, etwa einer Verstellnut einer Nockenwelle, zusammenwirken können, dass der endseitig des Ankerstößels vorgesehene Eingriffsabschnitt beim Eingreifen in die (rotierende) Nut den beabsichtigten Stellvorgang auslöst bzw. bewirkt.Electromagnetic actuators are well known in the art and are used for a variety of actuation and switching operations. In addition to typical known valve applications, it is known in particular in a motor vehicle context to use generic electromagnetic actuators for camshaft adjustment, with such a technology in response to the energization of stationary coil means in an actuator housing relative to stationary core means movably guided anchor means moves and with ansitzenden ram means then so a housing outside provided adjusting partners, such as a Verstellnut a camshaft, can cooperate, that the end of the armature plunger provided engaging portion when engaging in the (rotating) groove triggers the intended setting or causes.

Die DE 102 40 774 A1 zeigt das prinzipielle Funktionsprinzip einer derartigen, grundlegenden elektromagnetischen Aktortechnologie zum oberbegrifflichen Stand der Technik: Ankermittel, welche einen Ankerstößel sowie einen daran in Richtung auf die stationären Kernmittel ansetzenden verbreiterten Ankerabschnitt mit einer Permanentmagnetscheibe (Permanentmagnetmittel) aufweisen, sind relativ zu den stationären Kernmitteln so im (typischerweise radialsymmetrischen) Gehäuse gelagert und geführt, dass ein durch die Bestromung der Spulenmittel erzeugter Elektromagnetfluss durch Wirkung der Kernmittel abstoßend auf die Ankereinheit (bzw. die darin vorgesehenen Permanentmagnetmittel) wirkt und auf diese Weise dann den Ankerstößel zum Bewirken der vorgesehenen Stellfunktionalität aus einer den Kernmitteln axial (d.h. entlang der Anker-Bewegungsrichtung) gegenüberliegenden und einen Durchbruch für den Ankerstößel aufweisenden Gehäusestirnfläche treibt.The DE 102 40 774 A1 Anchor means comprising an armature tappet and a widened armature section with a permanent magnet means attached thereto in the direction of the stationary core means are in relative position to the stationary core means in (FIG. typically radially symmetrical) housed and guided that caused by the energization of the coil means solenoid flow by the action of the core means repellent effect on the armature unit (or the permanent magnet means provided therein) and in this way then the armature tappet for effecting the intended positioning functionality from one of the core means axially (ie along the armature movement direction) opposite and a breakthrough for the armature tappet having housing end face drives.

Eine derartige, etwa in der DE 102 40 774 A1 der Anmelderin beschriebene Vorrichtung zeichnet sich, insbesondere günstig für den bevorzugten Einsatzkontext zur Nockenwellenverstellung eines Verbrennungsmotors, durch schnelle Schaltzeiten aus, insbesondere auch unterstützt durch die vorteilhafte Abstoßungswirkung der ankerseitigen Permanentmagnetmittel. Allerdings ist, für sich, eine derartige bekannte Vorrichtung üblicherweise bistabil ausgeführt: Im unbestromten Zustand der Spulenmittel haftet zunächst die Ankereinheit durch Wirkung der Permanentmagnetmittel an den Kernmitteln, wobei sie dann erst, durch den beschriebenen Abstoßungseffekt bei Bestromung der Spulenmittel, aus dieser kernseitigen Anschlagposition herausbewegt wird. Beim Anschlag am gegenüberliegenden (stirnseitigen) Gehäuseende erfolgt in der Regel dann auch ein Haften (wiederum mittels der ankerseitigen Permanentmagneten; der Ankerstößel ist durch den Durchbruch weit aus dem Gehäuse herausgetrieben).Such, about in the DE 102 40 774 A1 The Applicant described device is characterized, in particular favorable for the preferred context of use for camshaft adjustment of an internal combustion engine, by fast switching times, in particular also supported by the advantageous repulsion effect of the armature permanent magnet means. However, such a known device is usually designed to be bistable: In the de-energized state of the coil means, the armature unit initially adheres to the core means by the effect of the permanent magnet means, and then moves out of this core-side stop position by the described repulsion effect when current is applied to the coil means becomes. In the case of the abutment on the opposite (end-side) housing end, then, as a rule, adhesion also takes place (again by means of the armature-side permanent magnets, the armature tappet being driven far out of the housing by the breakthrough).

Bei der beschriebenen Stellvorrichtung gemäß DE 102 40 774 A1 entsteht gleichwohl eine faktische Monostabilität der Vorrichtung, nämlich lediglich eine (stromlos stabile) und definierte Position, dadurch, dass der Stellpartner der beschriebenen Vorrichtung, nämlich hier die Verstellnut der Nockenwelle, über eine (typischerweise rampenförmige) Erhöhung in der Verstellnut den Stößel (und damit die Ankermittel) entgegen der Ausfahrrichtung zurückwirft, zumindest soweit, bis wiederum, durch permanentmagnetische Anziehungskraft des Ankerabschnitts relativ zu den Kernmitteln (bei unbestromter Spule) das abschließende Zurückführen in die Ausgangs- bzw. Anschlagposition am Kern erfolgt.In the described adjusting device according to DE 102 40 774 A1 Nevertheless, there is a virtual monostability of the device, namely only one (currentless stable) and defined position, characterized in that the setting partner of the device described, namely here the Verstellnut the camshaft, via a (typically ramped) increase in the Verstellnut the plunger (and thus the anchor means) against the extension direction throws back, at least as far as until, in turn, by permanent magnetic attraction of the armature portion relative to the core means (at no current coil) the final return to the starting or stop position takes place at the core.

Die beschriebene Technologie ist nicht nur im Hinblick auf die Betriebseigenschaften günstig, auch hat sich eine derartige Vorrichtung als herausragend tauglich für eine (Groß-)Serienfertigung erwiesen, mit hoher Reproduzierbarkeit der Aktuatoreigenschaften, hohen Schaltzykluszahlen und niedrigen Ausfallraten.The technology described is favorable not only in terms of operating characteristics, but also such a device has proven to be outstandingly suitable for (mass) series production, with high reproducibility of the actuator characteristics, high switching cycle numbers and low failure rates.

Allerdings entsteht auch im beschriebenen automobilen Kontext, etwa im Zusammenhang mit der elektromagnetischen Aktuatorik von Motor-Betriebszuständen wie etwa einem Motorbremsbetrieb, das Bedürfnis nach definierten Schaltzuständen eines derartigen Aktuators im unbestromten Zustand - wie es etwa der Fall bei einem Stromausfall oder einem vergleichbaren Störungszustand ist. Die aus der DE 102 40 774 A1 bekannte Technologie kann dies aufgrund ihrer inhärenten Bistabilität nicht leisten; insbesondere steht es bei einem Stromausfall oder der gleichen Systemstörung nicht notwendigerweise fest, in welchem Schaltzustand sich der Anker befindet (also am Anschlag am Kern oder ausgefahren), und es kann ebenso wenig sichergestellt werden, dass der Anker in einem solchen Störzustand in eine sichere Ausgangsposition (etwa die Anschlagsposition am Kern) verbracht wird.However, even in the described automotive context, for example in connection with the electromagnetic actuators of engine operating states such as an engine braking operation, the need for defined switching states of such an actuator in the de-energized state arises - as is the case with a power failure or a comparable fault condition. The from the DE 102 40 774 A1 known technology can not do this because of its inherent bistability; In particular, in the event of a power failure or the same system failure, it is not necessarily clear in which switching state the armature is located (ie at the stop on the core or extended), and it can not be ensured that the armature in such a fault condition in a safe starting position (about the stop position on the core) is spent.

Es entsteht daher auch das prinzipielle Bedürfnis, eine Monostabilität der gattungsgemäßen Vorrichtung nicht nur durch einen rückstellenden Stellpartner oder auf andere externe Weise sicherzustellen, sondern die elektromagnetische Stellvorrichtung aus sich heraus rückstellend und monostabil auszugestalten, mit anderen Worten, sicherzustellen, dass bei unbestromtem Zustand der Spulenmittel die Ankermittel eine definierte Position im Gehäuse annehmen, unabhängig davon, zu welchem Zeitpunkt innerhalb eines Bewegungszyklus die Deaktivierung der Bestromung stattgefunden hat und ob eine externe Rückstellung der Ankermittel erfolgt ist.Therefore, there is also the basic need to ensure a monostability of the generic device not only by a restoring Stellpartner or other external way, but to design the electromagnetic actuator from itself restoring and monostable, in other words, to ensure that in the de-energized state of the coil means the anchor means assume a defined position in the housing, regardless of at what time within a movement cycle, the deactivation of the energization has taken place and if an external provision of the anchor means has taken place.

Prinzipiell ist es möglich (und auch von Varianten der in der DE 102 40 774 A1 geschaffenen Stellvorrichtungen auch umgesetzt worden), dieser bekannten und inhärent bistabilen Vorrichtung eine Rückstellfeder zuzuordnen, welche, integriert in das Gehäuse und auf die Ankermittel wirkend, einer bei Bestromung auf die Permanentmagnetmittel wirkenden ausfahrenden Kraft entgegenwirkt und dann beim Ende der Bestromung, insbesondere die Haftkraft der Permanentmagnetmittel an der Stirnseite überwindend, die Ankermittel zurückstellt.In principle it is possible (and also of variants of in the DE 102 40 774 A1 created actuators have been implemented), this known and inherent bistable device assign a return spring which, integrated into the housing and acting on the armature means, counteracts a force applied to the permanent magnet means extending force and then at the end of the energization, in particular the adhesive force Overcoming permanent magnet means on the front side, the anchor means resets.

Allerdings ist wiederum im vorbeschriebenen Stellkontext von Fahrzeug-Verbrennungsmotoren das Vorsehen und Dimensionieren einer derartigen Rückstellfeder nicht unkritisch: Damit das Rückstellen zuverlässig erfolgt, muss die Federkraft hinreichend groß sein (nicht zuletzt um, wie beschrieben, eine permanentmagnetische Haftkraft der Ankermittel im ausgefahrenen Zustand zu überwinden). Andererseits wirkt sich eine derartige Feder-Rückstellkraft (als Gegenkraft) nachteilig auf die dynamischen Eigenschaften einer derartigen Stellvorrichtung aus, mit anderen Worten, eine starke Rückstellfeder verlangsamt den Abstoßungs- und Ausfahrprozess der Ankermittel samt Stößeleinheit, und bei zeitkritischen Anwendungen lassen sich möglicherweise diese entgegengesetzten Erfordernisse nicht oder nur mit großem Aufwand in Übereinstimmung bringen. So beträgt etwa das Erfordernis an eine maximale (Ausfahr-)Schaltzeit eines auf Ventile oder eine Nockenwelle wirkenden Aktuator 12ms oder weniger, sodass, insbesondere bei vorgegebenen längeren Huberfordernissen (also einem Bewegungshub der Ankermittel) die gängige Rückstellfeder kein probates Mittel ist.However, the provision and dimensioning of such a return spring is again not critical in the above-described setting context of vehicle internal combustion engines: So that the resetting is reliable, the spring force must be sufficiently large (not least, as described, to overcome a permanent magnetic adhesive force of the anchor means in the extended state ). On the other hand, such a spring restoring force (as a counter force) adversely affects the dynamic properties of such a positioning device, in other words, a strong return spring slows the repulsion and Ausfahrprozess the anchor means including ram unit, and in time-critical applications may be these opposite requirements not or only with great effort in accordance bring. Thus, for example, the requirement for a maximum (extension) switching time of an actuator acting on valves or a camshaft is 12 ms or less, so that, in particular given longer Huberfordernissen (ie a movement stroke of the anchor means), the common return spring is not a proven means.

Hinzu kommt das Problem, dass bei derartigen, mittels einer Rückstellfeder realisierten Ankermitteln zum Bewirken der Monostabilität einer elektromagnetischen Stellvorrichtung typischerweise die Rückstellkraft im ausgefahrenen Anschlagzustand am höchsten ist, mit anderen Worten, die Spulenmittel sowie die weiteren flussleitenden Komponenten der elektromagnetischen Stellvorrichtung müssen so dimensioniert sein, dass im ausgefahrenen Zustand und bei kontinuierlicher Bestromung die Ankermittel in der ausgefahrenen (Stell-)Position gegen diese Feder-Rückstellkraft gehalten werden können. Dies bedeutet dann wiederum entsprechend groß zu dimensionierende Spulenmittel (mit nachteiligen Auswirkungen auf die Kompaktheit der Vorrichtung in möglicherweise begrenzten Einbauräumen), ggf. verbunden mit unerwünschter Erwärmung der Spulenmittel (was auch potentielle Nachteile auslösen kann) und erhöhtem Stromverbrauch.In addition, there is the problem that in such, realized by means of a return spring anchoring means for effecting the monostability of an electromagnetic actuator typically the restoring force in the extended stop state is highest, in other words, the coil means and the other flux-conducting components of the electromagnetic actuator must be dimensioned so that in the extended state and with continuous energization, the anchor means in the extended (setting) position can be held against this spring restoring force. This in turn means correspondingly large sized coil means (with adverse effects on the compactness of the device in possibly limited installation spaces), possibly associated with undesirable heating of the coil means (which can also cause potential disadvantages) and increased power consumption.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine elektromagnetische Stellvorrichtung nach dem Oberbegriff des Hauptanspruchs monostabil so auszugestalten, dass mit verbesserten Dynamikeigenschaften, insbesondere verbesserter Schaltzeit und verbessertem Schalthub (ohne Vergrößerung der Spule) die gewünschte Monostabilität realisiert ist. Dabei soll bevorzugt auch ein elektrischer Energieverbrauch der Vorrichtung, insbesondere im bestromten (ausgefahrenen) Haltezustand vermindert bzw. verbessert werden.Object of the present invention is therefore to monostable an electromagnetic actuator according to the preamble of the main claim in such a way that with improved dynamic characteristics, in particular improved switching time and improved switching stroke (without enlargement of the coil) the desired monostability is realized. In this case, preferably also an electrical energy consumption of the device, in particular in the energized (extended) holding state is reduced or improved.

Die Aufgabe wird durch die monostabile elektromagnetische Stellvorrichtung mit den Merkmalen des Hauptanspruchs gelöst; vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen beschrieben.The object is achieved by the monostable electromagnetic actuator with the features of the main claim; advantageous developments of the invention are described in the subclaims.

In erfindungsgemäß vorteilhafter Weise sind den Ankermitteln magnetflussleitende, schlittenartig im Gehäuse axial bewegbare Flussleitmittel, bevorzugt ausgebildet als an einer Gehäuseinnenwand gleitend bewegbarer Ring, so zugeordnet und mit den Ankermitteln zusammen bewegbar geführt, dass diese erfindungsgemäßen Flussleitmittel in der ausgefahrenen Position der Ankermittel, also einer der Ausgangsposition bzw. Anschlagposition an den Kernmitteln gegenüberliegenden axialen Position, eine (zusätzliche) Haltekraft auf die Ankermittel ausüben, wodurch die Ankermittel in der ausgefahrenen Position (zusätzlich zu der abstoßenden Magnetwirkung zwischen Kernmitteln und ankerseitigen Permanentmagnetmitteln) gehalten werden.In accordance with the invention, the armature means magnetflussleitende, axially slidably in the housing axially movable flux guide, preferably designed as on a housing inner wall slidably movable ring, so assigned and movably guided together with the anchor means that these flow guide according to the invention in the extended position of the anchor means, so one of Starting position or stop position at the core means opposite axial position, an (additional) holding force on the anchor means, whereby the anchor means in the extended position (in addition to the repulsive magnetic action between the core means and the armature-side permanent magnet means) are held.

Im Rahmen der vorliegenden Erfindung geschieht dies dadurch, dass in dieser ausgefahrenen Position (Betätigungsposition) die schlittenartigen Flussleitmittel einen kraftwirksamen Magnetfluss von einem radial vorstehenden (radial vorspringenden) Abschnitt der (stationären) Kernmittel zum umgebenden Gehäuse ermöglichen, wobei dieser Magnetfluss dann in radialer Richtung durch die erfindungsgemäßen Flussleitmittel geführt ist.In the present invention, this is done in that in this extended position (operating position), the slide-like flux guide allow a force-effective magnetic flux from a radially projecting (radially projecting) portion of the (stationary) core means to the surrounding housing, said magnetic flux then in the radial direction the flux guide according to the invention is guided.

Dabei ist es sowohl möglich (und von der Erfindung umfasst), dass die erfindungsgemäßen schlittenartigen Flussleitmittel, weiter bevorzugt mit einem radial vorspringenden Abschnitt, unmittelbar flussleitend auf die Kernmittel (genauer: deren radial vorspringenden Abschnitt) greifen (und dann, über einen zwischen den Flussleitmitteln und der Gehäuseinnenfläche, etwa mittels eines magnetisch nicht leitenden Materialabschnitts gebildeten Arbeitsluftspalt für die Krafterzeugung sorgen), ergänzend oder alternativ auch die erfindungsgemäßen Flussleitmittel unter Ausbildung eines Luftspalts an der Betätigungsposition von den Kernmitteln beabstandet sind.It is both possible (and encompassed by the invention) that the slide-like flux guide according to the invention, more preferably with a radially projecting portion, directly flux-conducting on the core means (more precisely: the radially projecting portion) engage (and then, via one between the Flussleitmitteln and the housing inner surface, for instance by means of a working air gap formed by means of a magnetically non-conductive material section, for the force generation), additionally or alternatively also the flux guiding means according to the invention forming an air gap at the actuation position away from the core means.

In jedem Fall entsteht durch diese radiale Kraftwirkung ein (das elektromagnetische Betätigen bzw. Abstoßen unterstützender) Haft- bzw. Klebeeffekt, wodurch dann insbesondere ein notwendiger Spulenstrom (und damit ein entsprechend starker Spulenmagnetfluss) zum Halten des Ankers in der ausgefahrenen bzw. Betätigungsposition abgesenkt werden kann. Dies wiederum bietet vorteilhaft die Möglichkeit, Spulenmittel entsprechend geringer zu dimensionieren, mit wiederum damit verbundenen Vorteilen für die Kompaktheit der erfindungsgemäßen Vorrichtung.In any case, due to this radial force action, a sticking or adhesive effect (which promotes electromagnetic actuation or repulsion) is produced, which then in particular lowers a necessary coil current (and thus a correspondingly strong coil magnetic flux) for holding the armature in the extended or actuated position can. This, in turn, advantageously offers the possibility of correspondingly smaller dimensioning of coil means, in turn with associated advantages for the compactness of the device according to the invention.

Erfindungsgemäß weiterbildend ist es dabei sowohl möglich, das Rückstellverhalten der erfindungsgemäß aufgebauten monostabilen elektromagnetischen Stellvorrichtung durch eine Rückstellfeder oder dergleichen Kraftspeichermittel als Rückstellmittel auszubilden, ergänzend oder alternativ durch entsprechend elegante Ausbildung der Magnetflusskreise innerhalb der erfindungsgemäßen Stellvorrichtung: Dadurch nämlich, dass erfindungsgemäß vorteilhaft mittels der schlittenartigen Flussleitmittel eine (radial auf die Gehäuseinnenwand wirkende) Haftkraft auf die Ankermittel im ausgefahrenen Zustand ausgeübt wird, ist es unnötig, den Bewegungspfad der Ankermittel bis zu einem Anschlag an der den Kernmitteln axial gegenüberliegenden Stirnfläche auszugestalten; vielmehr gestattet es die vorliegende Erfindung, mittels weiterbildungsgemäß vorgesehener Distanzmittel einen stirnseitigen Anschlag für die Ankermittel (und insbesondere die darin vorgesehenen, bevorzugt scheibenförmig ausgebildeten Permanentmagnetmittel) vorzusehen, welcher einen vorbestimmten Abstand zur (magnetflussleitenden) Gehäusestirnfläche aufweist. Hierdurch wird eine permanentmagnetische Haftkraft der Ankermittel in dieser ausgefahrenen bzw. Betätigungsposition vermieden bzw. stark herabgesetzt, muss entsprechend von einer Rückstellfeder nicht (oder nur noch geringfügig) überwunden werden, und bietet gar die Möglichkeit, dass ein Permanentmagnetfluss (im unbestromten Zustand der Spulenmittel) die Ankereinheit monostabil zurück an die Anschlagposition an den Kernmitteln führt.According to the invention, it is both possible to form the restoring behavior of the monostable electromagnetic adjusting device constructed by a return spring or the like force storage means as restoring means, supplementing or alternatively by correspondingly elegant design of the magnetic flux circuits within the adjusting device according to the invention: namely, that advantageous according to the invention by means of the slide-like flux guide a (acting radially on the housing inner wall) adhesive force is exerted on the anchor means in the extended state, it is unnecessary to design the movement path of the anchor means to a stop on the core means axially opposite end face; Rather, the present invention allows by means of further education provided distance means an end stop for the anchor means (and in particular provided therein, preferably disc-shaped permanent magnet means), which has a predetermined distance from the (magnetic flux) housing end face. In this way, a permanent magnetic adhesive force of the anchor means in this extended or operating position is avoided or greatly reduced, must not be overcome by a return spring (or only slightly), and even offers the possibility that a permanent magnet flux (in the de-energized state of the coil means) the anchor unit monostable leads back to the stop position on the core means.

In weiterbildungsgemäß besonders bevorzugter Weise lassen sich diese Distanzmittel durch einen langgestreckten, stößelartigen und axial in den Kernmitteln geführten Ankerabschnitt realisieren, welcher, die beschriebene vorteilhafte Distanz definierend, um einen entsprechenden Abstand aus einem die Permanentmagnetmittel tragenden (zweiten) Ankerabschnitt axial herausgeführt ist.In further development according to the invention, this distance means can be realized by an elongate, plunger-like and axially guided in the core means anchor portion which, defining the described advantageous distance, is led out axially by a corresponding distance from a permanent magnet means carrying (second) anchor portion.

In weiterbildungsgemäß besonders bevorzugter Weise und zum Erreichen der vorbeschriebenen radial wirkenden Halte- bzw. Haftkraft auf die Ankermittel ist es bevorzugt, die Flussleitmittel längsschnittlich mit einem Vorsprungsabschnitt auszugestalten, welcher in der vorbeschriebenen Weise - entweder kontaktierend oder mittels eines verbleibenden Arbeitsluftspalts in der ausgefahrenen bzw. Betätigungsposition - mit dem (radial vorspringenden) Abschnitt der Kernmittel zusammenwirkt. In idealisierter Form entspricht der Längsschnitt, insbesondere bei ringförmig ausgebildeten schlittenartigen Flussleitmitteln, einer „L“-Form, mit dem freien Schenkel sich radial in Richtung auf die Kernmittel erstreckend und mit dem Ringabschnitt mantelseitig entlang der (weiter bevorzugt hohlzylindrischen) Innenwand des Gehäuses gleitend geführt.In a further particularly preferred manner and to achieve the above-described radially acting holding or adhesive force on the anchor means, it is preferable to design the flux guide longitudinally with a protrusion portion which in the manner described above - either contacting or by means of a remaining working air gap in the extended or Actuating position - cooperates with the (radially projecting) portion of the core means. In an idealized form, the longitudinal section corresponds, in particular in the case of ring-shaped slide-type flux guides, to an "L" shape, with the free leg extending radially in the direction of the core means and slidably guided along the shell side along the (more preferably hollow cylindrical) inner wall of the housing ,

Auf der Seite der Kernmittel ist es dann bevorzugt, den erfindungsgemäßen radial vorspringenden Abschnitt in Form einer (weiter bevorzugt konusförmigen) Aufweitung auszugestalten; nicht nur sind derartige Geometrien großserientechnisch einfach herstellbar, auch lässt sich so eine präzise Abstimmung des erwünschten magnetischen Radial-Flussverlaufes zwischen Kernmitteln und Flussleitmitteln herstellen.On the side of the core means, it is then preferred to design the radially projecting section according to the invention in the form of a (more preferably cone-shaped) widening; not only are such geometries mass-production technology easy to produce, also can be as a precise tuning of the desired magnetic radial flux curve between core means and flux guides produced.

In erfindungsgemäßer Weise sind die Flussleitmittel zusammen mit den Ankermitteln (axial) bewegbar, dadurch, dass die Flussleitmittel über einen Mitnehmerabschnitt mechanisch mit den Ankermitteln gekoppelt sind. In erfindungsgemäß besonders günstiger und vorteilhafter Weise geschieht dies zum einen dadurch, dass diese die mechanische Verbindung zwischen den Flussleitmitteln und den Ankermitteln herstellenden Mitnehmermitteln die Flussleitmittel an einem Endabschnitt und/oder an einem die Permanentmagnetmittel aufweisenden Ankerabschnitt an die Ankermittel ankoppeln; dies ist insoweit vorteilhaft, als erfindungsgemäß der die Permanentmagnetmittel aufweisende Ankerabschnitt (durch die beschriebene Abstoßungswirkung) mit dem stationären Kern (Kernmittel) zusammenwirkt, und ein radial-umfangsseitiges bzw. außenseitiges Vorsehen der Flussleitmittel relativ zu den Kernmitteln und zu den Ankermitteln ermöglicht in besonders kompakter und einfacher Weise die erfindungsgemäße, radial wirkende Kraftschlusswirkung zum umgebenden Gehäuse. Zum anderen ist es vorteilhaft und weiterbildend vorgesehen, den Mitnehmerabschnitt aus einem magnetisch nicht leitenden (bzw. einen hohen magnetischen Wiederstand im Durchflutungszustand aufweisenden) Material auszugestalten, etwa einem relativ zu einer Dicke der Flussleitmittel dünnen Blechmaterial (welches weiter bevorzugt aus einem magnetisch nicht leitenden Feder- oder Edelstahl als Blechteil hergestellt sein kann), sodass kein unerwünschter Magnetfluss von den Ankermitteln (bzw., weiterbildend, dem die Permanentmagnetmittel aufweisenden Ankerabschnitt) zu den Flussleitmitteln erfolgt. Weiter bevorzugt ist etwa ein gebogenes, abschnittsweise hülsenartiges Blechstück, welches einends, etwa durch Schweißen oder dergleichen, mit dem Ankerabschnitt verbunden und anderenends, zwischen Flussleitmittel und umgebender Gehäuseinnenfläche liegend, einen dort kraftwirksamen Arbeitsluftspalt erzeugen kann.In accordance with the invention, the flux-guiding means are movable (axially) together with the anchoring means, in that the flux-guiding means are mechanically coupled to the anchoring means via a driver section. In a particularly favorable and advantageous manner according to the invention, this is done, on the one hand, by coupling the flux connecting means to the armature means at one end portion and / or at an armature portion having the permanent magnet means, the mechanical connection between the flux guiding means and the anchor means. this is advantageous insofar as according to the invention, the armature portion having the permanent magnet means (by the repulsive action described) cooperates with the stationary core (core means), and providing the flux guiding means radially and circumferentially relative to the core means and to the anchoring means enables particularly compact and simple way the inventive, radially acting adhesion to the surrounding housing. On the other hand, it is advantageously and further provided to design the driver portion of a magnetically non-conductive (or a high magnetic resistance in the flooded state having) material, such as a relative to a thickness of the flux guide thin sheet material (which further preferably from a magnetically non-conductive spring - Or stainless steel can be made as a sheet metal part), so that no unwanted magnetic flux from the anchor means (or, further, the permanent magnet means having armature portion) is carried to the Flußleitmitteln. More preferred is about one bent, piece-wise sleeve-like sheet metal piece, which at one end, for example by welding or the like, connected to the anchor portion and the other end, lying between the flux and the surrounding housing inner surface, can generate a force-effective working air gap.

Während es auf die beschriebene Weise und mit den dargestellten vorteilhaften Weiterbildungen möglich ist, prinzipiell beliebige monostabile elektromagnetische Stellvorrichtungen für eine nahezu unbegrenzte Vielzahl von Anwendungen zu gestalten, ist es gleichwohl bevorzugt, und im Rahmen der Erfindung als Verwendung beansprucht, die erfindungsgemäße monostabile elektromagnetische Stellvorrichtung zur Ventilbetätigung eines Verbrennungsmotors einzusetzen, dabei stellt wiederum das Stellen eines Motorbrems-Betriebszustands einen bevorzugten Anwendungsfall dar, bei welchem die Erfindung in der erfindungsgemäßen Verwendung bei Bestromung der Spulenmittel diesen Betriebszustand aktiviert, beim Ende der Bestromung dann jedoch definiert und berechenbar die Betätigungsmittel zurück in die Ausgangsposition verbringt, unabhängig davon, ob das Bestromungsende beabsichtigt oder unbeabsichtigt war. Damit erreicht die vorliegende Erfindung die Realisierung eines sog. gesicherten bzw. „fail-safe“ Betriebsmodus, nämlich eine stromlos gesicherte eindeutige Ankerposition als definierte Stellposition im unbestromten Zustand.While it is possible in the manner described and with the illustrated advantageous developments, in principle to make any monostable electromagnetic actuators for a virtually unlimited variety of applications, it is nevertheless preferred, and claimed within the scope of the invention as a use, the inventive monostable electromagnetic actuator for Use valve operation of an internal combustion engine, in turn, the setting of an engine braking operating state is a preferred application, in which the invention in the inventive use when energizing the coil means activates this operating state, then defined at the end of the energization and calculable the actuating means back to the starting position regardless of whether the end of the energization was intentional or unintentional. Thus, the present invention achieves the realization of a so-called. Secured or "fail-safe" mode of operation, namely a de-energized secured unique anchor position as a defined parking position in the de-energized state.

Im Rahmen der Erfindung ist es dabei nicht nur möglich, die Betätigungsmittel axial einends der Ankermittel vorzusehen, also etwa einen geeigneten Betätigungsstößel weiter bevorzugt auf den die Permanentmagnetmittel aufweisenden Ankerabschnitt der Ankermittel aufzusetzen und so für den Stellantrieb zu sorgen (wobei weiter bevorzugt dann in diesem Fall der Betätigungsstößel, geeignet magnetisch leitend ausgeführt, durch permanentmagnetische Haftkraft auf einer entsprechenden abtriebsseitigen Stirnfläche der Ankermittel haftend aufsitzen würde), auch ist es erfindungsgemäß weiterbildend von der Erfindung umfasst, insbesondere bei Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Ankermittel mittels des beschriebenen stößelartigen und axial in den Kernmitteln geführten ersten Ankerabschnitts an einem axial an einem den Permanentmagnetmitteln gegenüberliegenden Endabschnitt gleichermaßen Betätigungsstößel anzusetzen bzw. zu führen, sodass etwa, in einem sich axial erstreckenden Gehäuse, beidends aus Stirnseiten gleichläufig geführte Betätigungsenden jeweiliger Betätigungsstößel austreten können.In the context of the invention, it is not only possible to provide the actuating means axially at one end of the anchor means, so as to set up a suitable actuating tappet more preferably on the permanent magnet means having anchor portion of the anchor means and so to provide the actuator (which more preferably then in this case the actuating tappet, suitably designed to be magnetically conductive, would adhere adhesively to a corresponding output-side end face of the anchoring means by permanent-magnetic adhesion force), and it is further developed by the invention, in particular when the armature means according to the invention are described by means of the described tappet-like and axially guided first in the core means Anchor section on an axially opposite to the permanent magnet means end portion equally actuation plunger to set or guide, so that approximately, in an axially extending Housing, both ends of the same time led out end sides actuation ends of respective actuating plunger can emerge.

Insbesondere wiederum die zuletzt beschrieben Weiterbildung mit axial durch die Kernmittel hindurch geführtem stößelartigem Kernabschnitt bietet zudem die Möglichkeit, eine Rückstellfeder im von den Permanentmagnetmitteln axial abgewandten Gehäuseinnenbereich vorzusehen und geeignet auf die Ankermittel rückstellend wirken zu lassen, ohne dass etwa im vorstehend beschriebenen, für die radiale Haftwirkung mittels der erfindungsgemäßen schlittenartigen Flussleitmittel bewirkten Haftfunktionalität eine Feder in diesem Bauraum vorgesehen sein muss.In particular, in turn, the last described development with axially guided through the core means through the tappet-like core section also offers the possibility to provide a return spring in the permanent magnet means axially facing away from the housing interior and suitable to act on the anchor means restoring, without that in the above described, for the radial Adhesion effect by means of the slide-like flux guide according to the invention caused adhesion functionality a spring must be provided in this space.

Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugte Ausführungsbeispiele sowie anhand der Zeichnungen; diese zeigen in

1 eine Perspektivansicht auf das Gehäuse einer monostabilen elektromagnetischen Stellvorrichtung gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung;
2 eine Stirnansicht auf das Gehäuse gemäß 1 aus der axialen Richtung;
3 eine Längsschnittansicht entlang der Schnittfläche A-A in 2;
4 eine Detailansicht der Flussleitmittel, deren Verbindung mit dem die Permanentmagnetmittel aufweisenden Ankerabschnitt und deren Relativposition zu den Kernmitteln als Ausschnittsvergrößerung aus der Schnittansicht der 4 und
5 in Teilfiguren (a) bis (e) durch Simulation erhaltene magnetische Flussliniendiagramme zum Verdeutlichen der magnetischen Flussverhältnisse im bestromten sowie unbestromten Betriebszustand der monostabilen elektromagnetischen Stellvorrichtung im Ausführungsbeispiel der 1 bis 4.

Further advantages, features and details of the invention will become apparent from the following description of preferred embodiments and from the drawings; these show in

1 a perspective view of the housing of a monostable electromagnetic actuator according to a first embodiment of the invention;
2 an end view of the housing according to 1 from the axial direction;
3 a longitudinal sectional view along the cut surface AA in 2 ;
4 a detail view of the flux, whose connection with the permanent magnet means having armature portion and their relative position to the core means as an enlarged detail of the sectional view of 4 and
5 Magnetic flux line diagrams obtained by simulation in subfigures (a) to (e) for clarifying the magnetic flux conditions in the energized and de-energized operating state of the monostable electromagnetic actuator in the embodiment of the 1 to 4 ,

Die 1 zeigt in der Perspektivansicht das Gehäuse der monostabilen elektromagnetischen Stellvorrichtung, welches einen zylindrischen Mittelteil 10 und axial beidends Winkelbleche 12, 14 aufweist, welche Anschlussflansche zur Montage des Gehäuses an einem Einsatzort anbieten. Das Paar der Winkelbleche 12, 14 ist, parallel zum zylindrischen Gehäusekörper 10, durch einen mittels Spritzgießen hergestellten Kunststoffabschnitt 16 verbunden, an welchem einstückig ein Steckerabschnitt 18 ansitzt, dessen extern kontaktierbaren Kontakte in nicht im Detail gezeigter Weise zu einer auf einem Kunststoff-Spulenträger 20 gehaltenen Wicklung 22 geführt sind.The 1 shows in perspective view the housing of the monostable electromagnetic actuator, which has a cylindrical central part 10 and axially both sides angle plates 12 . 14 which offer flanges for mounting the housing at a place of use. The pair of angle plates 12 . 14 is, parallel to the cylindrical housing body 10 , By a plastic section produced by injection molding 16 connected to which integrally a plug portion 18 ansitzt whose externally contactable contacts in not shown in detail manner to one on a plastic bobbin 20 held winding 22 are guided.

Wie insbesondere die Längsschnittansicht der 3 erkennen lässt, umgibt der Spulenträger 20 (samt aufsitzender Wicklung 22 als Spulenmittel) einen axial langgestreckten Kern 24 (Kernmittel), welcher über eine (gleichermaßen stationäre) Jochscheibe 26 im Gehäuse 10 gehalten und mit dem gleichermaßen aus magnetisch leitendem Material realisierten Gehäusezylinder 10 verbunden ist.As in particular the longitudinal sectional view of 3 reveals the coil carrier surrounds 20 (including slung winding 22 as coil means) an axially elongate core 24 (Core means), which via a (equally stationary) yoke disc 26 in the case 10 held and with the equally made of magnetically conductive material housing cylinder 10 connected is.

Entlang einer axialen Erstreckungs- und Bewegungsrichtung (Strichpunktlinie 28) ist eine Ankereinheit (Ankermittel) zentrisch durch den Kernkörper 24 hindurch beweglich geführt, aufweisend einen Ankerstößelabschnitt 30 (als ersten Ankerabschnitt), an welchem einends endseitig ein radial verbreiterter zweiter Ankerabschnitt ansitzt, welcher, in axialer Richtung gestapelt, eine auf einen konisch verbreiterten Endabschnitt 32 des Kernkörpers 24 gerichtete erste Flussleitscheibe 34, eine (axial magnetisierte) Permanentmagnetscheibe 36 und eine zweite, im Durchmesser gegenüber der Scheibe 34 vergrößerte Flussleitscheibe 38 aufweist. Wie aus den 3 und 4 erkennbar ist, steht der Ankerstößelabschnitt 30 mit einem endseitigen Vorsprungsabschnitt 40 einen vorbestimmten Abstand von der endseitigen Flussleitscheibe 38 hervor und bildet damit einen Ankeranschlag an einer stirnseitigen Gehäuseendfläche 42, wie sie vom Winkelblech 14 ausgebildet ist. Along an axial direction of extension and movement (dashed line 28 ) An anchor unit (anchor means) is centered by the core body 24 guided movably, comprising an anchor tappet portion 30 (As the first anchor portion), at which one ends at the end a radially widened second anchor portion ansitzt, which, stacked in the axial direction, one on a conically widened end portion 32 of the core body 24 directed first flux guide 34 , an (axially magnetized) permanent magnet disc 36 and a second, in diameter opposite the disc 34 enlarged flux guide disk 38 having. Like from the 3 and 4 can be seen, is the anchor tappet section 30 with an end-side projecting portion 40 a predetermined distance from the end-side flux guide 38 and thus forms an anchor stop on a front side housing end face 42 as seen from the angle sheet 14 is trained.

Axial dem Scheibenpaket 34, 36, 38 gegenüberliegend ist am Stößelabschnitt 30 der Ankermittel eine (magnetisch leitende) Endscheibe 44 ausgebildet, an welcher sich einends eine (hier konusförmig ausgebildete) Druckfeder 46 abstützt, welche wiederum anderenends auf die (stationäre) Jochscheibe 26 greift.Axially the disc package 34 . 36 . 38 opposite is at the tappet section 30 the anchor means a (magnetically conductive) end plate 44 formed on which at one end a (here cone-shaped) compression spring 46 supported, which in turn at the other end of the (stationary) yoke disc 26 attacks.

Wie auch die axial gegenüberliegende endseitige Scheibe 38, ermöglicht die Scheibe 44 das Aufsitzen eines Betätigungsstößels, wobei der (in der 3 linksseitig gezeigte) Betätigungsstößel 48, endseitig zum Zusammenwirken mit einem (nicht gezeigten) Stellpartner, etwa einer Ventilbetätigung, ausgebildet, über einen Permanentmagnetabschnitt 50 permanentmagnetisch haftend und gleichzeitig lösbar exzentrisch auf der Scheibe 44 aufsitzt. Entsprechendes gilt für den (in der Schnittansicht der 3 rechtseitig gezeigten) Betätigungsstößel 52, welcher einen Bohrungsabschnitt 54 zum Einsetzen eines Permanentmagneten aufweist, welcher dann das (lösbare) Haften auf einer eingriffsseitigen Außenfläche der Scheibe 38 bewirkt; durch die Permanentmagnetscheibe 38 ist jedoch bereits eine entsprechende permanentmagnetische Haftung des Eingriffsstößels 52 gewährleistet, ohne dass es hierfür in notwendiger Weise eines zusätzlichen Permanentmagneten bedarf.As well as the axially opposite end-side disc 38 , allows the disc 44 the seating of an actuating tappet, wherein the (in the 3 left side shown) actuating tappet 48 , end to cooperate with a (not shown) control partner, such as a valve actuator, formed, via a permanent magnet section 50 permanently magnetically adhesive and at the same time releasably eccentric on the disc 44 seated. The same applies to the (in the sectional view of 3 right side shown) actuating tappet 52 which has a bore section 54 for inserting a permanent magnet, which then the (releasable) adhering to an engagement-side outer surface of the disc 38 causes; through the permanent magnet disc 38 However, already a corresponding permanent magnetic adhesion of the engagement ram 52 ensured, without that it necessarily requires an additional permanent magnet.

Die Schnittansichten der 3, 4 zeigen zusätzlich Flussleitmittel 56 in Form eines Rings, welcher, radial in Richtung auf den Kern 24 gerichtet, längsschnittlich einen Schenkelabschnitt 58 aufweist, sodass die Längsschnittform des gezeigten Ausführungsbeispiels der Flussleitmittel 56 L-förmig ist.The sectional views of 3 . 4 additionally show flux-conducting agents 56 in the form of a ring, which, radially towards the core 24 directed, longitudinally a leg portion 58 so that the longitudinal sectional shape of the illustrated embodiment of the flux guide 56 is L-shaped.

Über eine Hülse 60, die einends an einem ansitzenden Radialabschnitt 62 mit der Scheibe 38 (etwa durch Schweißen) verbunden ist und anderenends fest mit dem Flussleitring 56 verbunden ist, entsteht eine Mitnehmerwirkung für die ringförmigen Flussleitmittel 56 im Hinblick auf eine axiale Ankerbewegung, wobei bei dieser Ankerbewegung dann der Flussleitring 56 mit der Hülse bzw. Buchse 60 (welcher alternativ auch klammerartig und damit nicht vollständig umlaufend ausgefertigt sein kann) an einer Innenfläche 64 des Gehäusezylinders 10 entlang gleitet.About a sleeve 60 that at one end to a sitting radial section 62 with the disc 38 (such as by welding) is connected and at the other end firmly with the flux guide ring 56 is connected, creates a driving action for the annular flux guide 56 with regard to an axial armature movement, wherein in this armature movement then the flux guide 56 with the sleeve or socket 60 (which alternatively can also be clip-like and thus not completely made round) on an inner surface 64 of the housing cylinder 10 along slides.

In einem ausgefahrenen Zustand der Ankermittel (die 3, 4 zeigen demgegenüber den auch im unbestromten Zustand der Spulenwicklung 22 vorliegenden End- bzw. Anschlagzustand am Kern 24) ist der Ankerstößel 24 bis zum Anschlag des Endabschnitts 40 am Stirnwandabschnitt 42 ausgefahren; in diesem Betriebszustand greift der Schenkelabschnitt 58 der Flussleitmittel auf einen radialen Vorsprung 66, welcher einstückig an der (konischen) Verbreiterung 32 der Kernbaugruppe 24 ansitzt, mit der Wirkung, dass ein im Kern fließender Magnetfluss über eine Verbindung 66, 58 in die Flussleitmittel 56 und darüber (genauer: Über die magnetisch nicht leitende Hülse 60) in den Gehäusezylinder 10 eingekoppelt wird (wobei, im Rahmen der Erfindung, die Abschnitte 58, 60 und damit die Kernmittel 24 einerseits und die Flussleitmittel 56 andererseits nicht notwendigerweise aneinander anschlagen oder auf andere Weise im ausgefahrenen Zustand miteinander verbunden sein müssen, zum Erreichen der vorteilhaften Wirkungen reicht auch ein entsprechend kraftwirksamer Luftspalt zwischen diesen Baugruppen).In an extended state of the anchor means (the 3 . 4 in contrast show the even in the de-energized state of the coil winding 22 present end or stop state at the core 24 ) is the anchor tappet 24 until the stop of the end section 40 at the end wall section 42 extended; in this operating state, the leg section engages 58 the flux guide on a radial projection 66 , which is integral to the (conical) broadening 32 the core assembly 24 ansitzt, with the effect that a magnetic flux flowing in the core via a connection 66 . 58 into the flux guide 56 and above (more precisely: About the magnetically non-conductive sleeve 60 ) in the housing cylinder 10 is coupled (wherein, in the context of the invention, the sections 58 . 60 and thus the core means 24 on the one hand and the flux guides 56 On the other hand, do not necessarily abut each other or otherwise connected in the extended state with each other, to achieve the beneficial effects also reaches a corresponding force-effective air gap between these assemblies).

Die 5 mit einer Abfolge von (durch Simulation erzeugten) magnetischen Flussverläufen verdeutlicht die Funktionalität der Erfindung im vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel, wobei die lediglich schematisch in 5 angedeuteten Baugruppen bzw. Funktionskomponenten zur Verbesserung des Verständnisses mit zu den 1 bis 4 analogen Bezugszeichen versehen wurden.The 5 with a sequence of magnetic flux traces (generated by simulation) illustrates the functionality of the invention in the embodiment described above, wherein the only schematically in 5 indicated assemblies or functional components to improve understanding with the 1 to 4 have been provided with analogous reference numerals.

Teilfigur (a) zeigt den unbestromten Zustand der elektromagnetischen Stellvorrichtung (aufgrund des i.w. radialsymmetrischen Charakters der Ausführungsform als lediglich hälftige Ansicht), entsprechend dem unbestromten Betriebszustand der 3, 4, bei welchem die Ankermittel durch die kernseitige Scheibe 34 an der Kernbaugruppe 24 anliegen (genauer gesagt zeigt die Detailansicht der 4 eine einen Mindestabstand bewirkende Antiklebscheibe 68). Das magnetische Flussliniendiagramm verdeutlicht den rein permanentmagnetischen Fluss der Permanentmagnetmittel 36 in axialer Richtung entlang der Kernbaugruppe 24, über die Jochscheibe 26 in den Gehäusezylinder 10, wobei magnetische Flusslinien in Konzentration dann über die (einen größeren Außendurchmesser aufweisende) Ankerscheibe 38 unter Ausbildung eines Arbeitsluftspalts diesen stromlos stabilen Flusskreis schließen. Zusätzlich entstehen weitere Flussbeiträge zwischen der Scheibe 34, dem Flussleitring 56 und dem umgebenden Gehäuse, ebenso wie durch die auf der Scheibe 38 aufsitzenden Betätigungsstößelmittel 54 zum stirnseitigen Gehäuseabschnitt 42.Part (a) shows the de-energized state of the electromagnetic actuator (due to the iw radially symmetrical nature of the embodiment as only half view), corresponding to the de-energized operating state of 3 . 4 in which the anchor means is through the core-side disc 34 at the core assembly 24 (more precisely, the detailed view of the 4 a minimum distance causing anti-sticking disc 68 ). The magnetic flux line diagram illustrates the purely permanent magnetic flux of the permanent magnet means 36 in the axial direction along the core assembly 24 , over the yoke disc 26 in the housing cylinder 10 , where magnetic flux lines in concentration then over the (larger outer diameter having) anchor plate 38 forming this normally closed flow circuit while forming a working air gap. In addition, additional flux contributions arise between the disc 34 , the flux guide ring 56 and the surrounding case, as well as the one on the disc 38 seated actuating tappet means 54 to the frontal housing section 42 ,

Die Teilfiguren (b) als Zwischenschritt und (c), für den vollständig ausgefahrenen Betätigungszustand verdeutlichen das Verhalten der elektromagnetischen Stellvorrichtung des beschriebenen Ausführungsbeispiels bei Bestromung der Spulenmittel 22. Erkennbar ist insbesondere in der Teilfigur (b), wie, als Reaktion auf diese Bestromung, das Abstoßen der Ankermittel bewirkende und i.w. zueinander parallel verlaufende Feldlinien der Permanentmagnetmittel einerseits und der Kernmittel 24 (welche nunmehr über den Verbreiterungsabschnitt 32 radial auswärts fließen) andererseits die abstoßende Kraft auf die Ankermittel ausüben und damit diese samt ansitzendem (mitgenommenen) Flussleitring 56 axial bewegen, in der Figurenebene der 5 abwärts, bis der End- und Anschlagzustand von Teilfigur (c) erreicht ist.The subfigures (b) as an intermediate step and (c), for the fully extended operating state illustrate the behavior of the electromagnetic actuator of the described embodiment when current is applied to the coil means 22 , It can be seen, in particular in the subfigure (b), how, in response to this energization, the repulsion of the anchor means causing and iw parallel to each other field lines of the permanent magnet means on the one hand and the core means 24 (which now via the widening section 32 radially outward flow) on the other hand exert the repulsive force on the anchor means and thus this ansitzendem (entrained) Flussleitring 56 move axially, in the plane of the figure 5 downwards until the end and stop state of subfigure (c) is reached.

Deutlich wird hier, dass durch den magnetischen Schluss der Abschnitte 58 (für den Flussleitring 56) und 66 (für die Kernbaugruppe) ein signifikanter elektromagnetischer Fluss über die Flussleitmittel 56 zur Gehäuseschale 10 fließt (wobei die nicht magnetische Hülsenbaugruppe insoweit luftspaltbildend wirkt). Vorteilhaftes Ergebnis ist in diesem Bestromungszustand eine auf die Baugruppe 56 und damit auf die Ankermittel wirkende Halte- bzw. Haftkraft, mit welcher die Ankermittel an der gezeigten (Anschlag-)Position gehalten werden, insbesondere ohne dass etwa, wie beim bekannten Stand der Technik, die Scheibenanordnung 34 bis 38 unmittelbar an der stirnseitigen Gehäusefläche 42 anliegen muss; vielmehr sorgt, wie vorstehend beschrieben, der Stößelabschnitt 40 als Distanz- bzw. Abstandshalter für einen definierten Abstand. Dies verringert eine permanentmagnetische Haftkraft der Permanentmagnetmittel 36 an der stirnseitigen Gehäusefläche 42 (bzw., bei entsprechend groß bemessener Distanz, kann diese gar vollständig beseitigen), mit der vorteilhaften Wirkung, dass eine das monostabile Rückstellen bewirkende Rückstellfeder 46 signifikant schwächer ausgestaltet werden kann (bzw. sogar gänzlich entfallen könnte) mit den wiederum damit verbunden Vorteilen einer verbesserten Ausfahr- und Schaltdynamik der Ankermittel beim Herausfahren.It is clear here that by the magnetic closure of the sections 58 (for the flux guide ring 56 ) and 66 (for the core assembly) a significant electromagnetic flux across the flux guides 56 to the housing shell 10 flows (the non-magnetic sleeve assembly acts air gap forming extent). An advantageous result is in this Bestromungszustand one on the module 56 and thus acting on the anchor means holding or adhesive force with which the anchor means are held at the (stop) position shown, in particular without that, as in the prior art, the disc assembly 34 to 38 directly on the frontal housing surface 42 must be present; rather, as described above, the tappet portion provides 40 as spacers or spacers for a defined distance. This reduces a permanent magnetic adhesive force of the permanent magnet means 36 on the frontal housing surface 42 (Or, with a correspondingly large-sized distance, this can even completely eliminate), with the advantageous effect that a monostable resetting effecting return spring 46 can be designed significantly weaker (or even completely eliminated) with the associated advantages of improved deployment and switching dynamics of the anchor means when retracting.

Tatsächlich ermöglicht es der ausgefahrene (Betätigung-)Betriebszustand der Teilfigur (c) von 5 sogar aufgrund der signifikanten Halte- bzw. Haftwirkung des über die Baugruppe 56 ermöglichten radialen Magnetflusses, eine elektrische Bestromungsenergie für die Spulenwicklung 22, etwa einen Spulenstrom, herabzusetzen, ohne diese Halteposition zu verlieren. Diesen Betriebszustand zeigt die Teilfigur (d), bei welcher, nach einem Erreichen der ausgefahrenen bzw. Anschlagposition an dem stirnseitigen Gehäuseende 42, durch geeignete (nicht gezeigte) Positionsdetektormittel, alternativ auch durch Zeitgeber oder dergleichen, den Spulenmitteln 22 vorgeschaltete (gleichermaßen nicht gezeigte) Ansteuermittel diese verringerte Spulenenergie einbringen. Vorteilhafte Wirkung ist, neben entsprechend abgesenktem elektrischem Energieverbrauch, eine vorteilhaft geringere Erwärmung der Spule.In fact, the extended (operating) operating state of subfigure (c) of 5 even due to the significant holding or adhesion of the over the assembly 56 allowed radial magnetic flux, an electrical energizing energy for the coil winding 22 to lower a coil current, without losing this holding position. This operating state shows the partial figure (d), in which, after reaching the extended or stop position at the front end of the housing 42 by suitable position detector means (not shown), alternatively by timers or the like, to the coil means 22 upstream (not shown) driving this introduced coil energy bring. Advantageous effect, in addition to correspondingly reduced electrical energy consumption, advantageously lower heating of the coil.

Teilfigur (e) zeigt schließlich den Magnetfluss- und Feldlinienverlauf unmittelbar nach einer Beendigung der Bestromung; durch Wirkung der Feder 46 als Rückstellmittel (diese könnte, insbesondere je nach Ausgestaltung der Distanzmittel 40 jedoch auch entfallen, wobei dann die Permanentmagnetmittel die Funktion dieser Rückstellmittel realisieren würden) erfolgt das Zurückführen der Ankermittel in die (unbestromte) Anschlagposition, stromlos monostabil, der Teilfigur (a). Entsprechend lösen sich dabei die Baugruppenabschnitte 58, 66 voneinander, wobei, mit zurückgeführtem Anker, die Flussleitmittel gleichermaßen in die Ausgangsposition (wie auch 3, 4) zurückverbracht werden.Part (e) finally shows the magnetic flux and field line course immediately after completion of the energization; by the action of the spring 46 as a return means (this could, in particular depending on the design of the distance means 40 However, also omitted, in which case the permanent magnet means would realize the function of these return means), the return of the anchor means in the (non-energized) stop position, currentless monostable, the sub-figure (a). Accordingly, solve the assembly sections 58 . 66 from each other, wherein, with the armature returned, the flux conducting means equally to the starting position (as well 3 . 4 ) are returned.

Die vorliegende Erfindung ist nicht auf das gezeigte Ausführungsbeispiel bzw. die damit verbunden Betriebsmodi beschränkt; auch ist zwar der Einsatzkontext (Verwendung) der vorliegenden Erfindung auf das Stellen von Verbrennungsmotoraggregaten, etwa Ventilen oder dergleichen, bevorzugt, diese beschränkt jedoch nicht das mögliche Einsatzspektrum der Erfindung. Diese ist vielmehr für jeglichen Anwendungsfall geeignet, bei welchem, unter Ermöglichung dynamischen Stellverhaltens mit kurzen Ausfahrzeiten, betriebssicheres monostabiles Schaltverhalten bei gattungsgemäßen elektromagnetischen Stellvorrichtung benötigt wird.The present invention is not limited to the embodiment shown or the associated modes of operation; Although the operational context (use) of the present invention is preferred for the placement of internal combustion engine assemblies, such as valves or the like, this does not limit the possible range of use of the invention. This is rather suitable for any application in which, while allowing dynamic control behavior with short extension times, reliable monostable switching behavior is required in generic electromagnetic actuator.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

DE 10240774 A1 [0003, 0004, 0005, 0007, 0009]

Claims

Monostable electromagnetic actuator with relative to in a housing (10) provided stationary core means (24) and at least partially surrounding, provided in the housing stationary coil means (20, 22) in response to an energizing the same along an axial direction (28) movable, preferably elongate anchoring means (30, 34-38) having permanent magnet means (36) formed for repulsive cooperation with the core means in response to the energization, and actuating means (48, 52) for vicarious cooperation with an actuator externally providable actuator, the armature means Restoring means (46) are assigned so that in response to a termination of the energization, the anchor means from an axially extended and / or actuation position in a currentless stable starting position, in particular abutment position on the core means, spent, characterized in that magnetf flux-guiding, slidably guided in the housing axially movable flux guide (56) formed, connected to the anchor means and are movable together that the Flußleitmittel at the extended or actuation position of the anchor means a holding force acting on the anchor means and generated by the current flowing coil magnetic flux from a radially projecting relative to the axial direction portion (32, 66) of the core means to the radially opposite magnetic flux conducting housing (10) mechanically contact-forming and / or can guide to form a radial working air gap.

Device after Claim 1 , characterized in that the Flußleitmittel (56) along a preferably hollow cylindrical inner wall of the housing slidably guided and / or at least partially annular.

Device after Claim 1 or 2 , characterized in that the flux-guiding means have a longitudinally extending a projection section (58) pointing radially in the direction of the core means for co-operation with the radially projecting section (32, 66) of the core means, in particular an L-shaped longitudinal section contour, in which a leg ( 58) forms the projecting portion.

Device according to one of Claims 1 to 3 , characterized in that axially and centrally in the housing extending core means (24) for forming the radially projecting portion form a preferably cone-like widening (32), which forms a stop for the anchor means axially end of the core means.

Device according to one of Claims 1 to 4 , characterized in that the Flußleitmittel are connected via a driver portion (60) at an end region or an armature portion of the anchor means having the permanent magnet means with these.

Device after Claim 5 , characterized in that the driver section (60) is made of a magnetically non-conductive material or a magnetic saturation state during energization, preferably a sheet steel material and more preferably a material that can be used to realize an electromagnetic armature guide tube.

Device according to one of Claims 1 to 6 , characterized in that the anchor means an elongated, preferably plunger-like and axially guided in the core means first anchor portion (30) and an ansitzenden, radially expanded and the starting position on the core means defining the second anchor portion (34-38), on or in which the preferred disk-shaped permanent magnet means (36) sit.

Device after Claim 7 , characterized in that the second anchor portion with spacer means (40) for producing a predetermined minimum distance of the permanent magnet means to an axially frontally a movement path of the anchor means limiting end wall (42), in particular housing end wall, are provided so that a restoring force of the return means acting on the anchor means is greater than a permanent magnetic holding force of the permanent magnet means on the end wall in the extended state of the anchor means.

Device after Claim 8 , characterized in that the spacer means are realized by a ram portion (40) extending axially therethrough of the second armature portion of an armature tappet (30) guided in the core means.

Device according to one of Claims 1 to 9 , characterized in that the return means spring means (46), in particular a compression spring, biasing the anchor means in the starting position, and which preferably engage the permanent magnet means axially opposite end portion (44) of the elongated anchor means formed on this.

Device according to one of Claims 1 to 10 , characterized in that the Coil means electrical drive means for generating and applying the energization are associated and upstream so that an introduced in a winding of the coil means electrical power in the energized state between a higher power for movement of the anchor means before and / or until reaching the axially extended or actuation position and a lower power with or after reaching the extended or operating position is tax and / or changeable.

Use of the monostable electromagnetic actuator according to one of Claims 1 to 11 for the valve actuation of an internal combustion engine, in particular with a pair of actuating means formed axially at both ends of the armature means and actuated axially in opposite directions by the armature means.