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EP3938630A1 - Elektromagnetische stellanordnung - Google Patents

Elektromagnetische stellanordnung

Info

Publication number
EP3938630A1
EP3938630A1 EP20706412.2A EP20706412A EP3938630A1 EP 3938630 A1 EP3938630 A1 EP 3938630A1 EP 20706412 A EP20706412 A EP 20706412A EP 3938630 A1 EP3938630 A1 EP 3938630A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
magnetic field
shift gate
detection means
detection
electric field
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
EP20706412.2A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Timo Rigling
Markus Oczkowski
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
ETO Magnetic GmbH
Original Assignee
ETO Magnetic GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by ETO Magnetic GmbH filed Critical ETO Magnetic GmbH
Publication of EP3938630A1 publication Critical patent/EP3938630A1/de
Pending legal-status Critical Current

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    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
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    • H01F7/06—Electromagnets; Actuators including electromagnets
    • H01F7/08—Electromagnets; Actuators including electromagnets with armatures
    • H01F7/121—Guiding or setting position of armatures, e.g. retaining armatures in their end position
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F01L13/00—Modifications of valve-gear to facilitate reversing, braking, starting, changing compression ratio, or other specific operations
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    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01D—MEASURING NOT SPECIALLY ADAPTED FOR A SPECIFIC VARIABLE; ARRANGEMENTS FOR MEASURING TWO OR MORE VARIABLES NOT COVERED IN A SINGLE OTHER SUBCLASS; TARIFF METERING APPARATUS; MEASURING OR TESTING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01D5/00—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable
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    • G01D5/142—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means influencing the magnitude of a current or voltage using Hall-effect devices
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    • F01L2013/0052—Modifications of valve-gear to facilitate reversing, braking, starting, changing compression ratio, or other specific operations for optimising engine performances by modifying valve lift according to various working parameters, e.g. rotational speed, load, torque the valves being driven by two or more cams with different shape, size or timing or a single cam profiled in axial and radial direction with cams provided on an axially slidable sleeve
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    • F01L2013/101—Electromagnets
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    • F01L2800/14—Determining a position, e.g. phase or lift
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    • H01F7/081—Magnetic constructions
    • H01F2007/086—Structural details of the armature

Definitions

  • the present invention relates to an electromagnetic actuating arrangement according to the preamble of claim 1, an electromagnetic actuating device according to the preamble of claim 1 1 and a use according to claim 15.
  • Such an actuating arrangement is known from practice, comprising an electromagnetic actuating device, which is particularly known as
  • Camshaft adjusting device is suitable and has an armature unit which can be driven in response to an energization of a stationary, axially aligned coil unit along or parallel to the axial direction.
  • the armature unit is designed to interact with a slide and / or tappet unit extending in the axial direction, in particular a
  • Camshaft adjustment of an internal combustion engine can be effected.
  • the slide and / or tappet unit engages in a shift gate, which can in particular be arranged on a slide cam.
  • the shift gate can in particular be arranged on a slide cam.
  • Shift gate arranged on the circumference of the sliding cam.
  • the shift gate can be penetrated by a transverse center plane.
  • known setting arrangements or sliding cam actuators can have Hall sensors for detecting the armature position. These Hall sensors are arranged completely within the actuator housing and can only determine the axial position of the shift gate indirectly via the position of the armature. Such Hall sensors for lifting position detection of the armature of the
  • Sliding cam actuators are mostly realized by overmolding in a plastic housing.
  • the disadvantage of such a stroke detection on the armature is that it cannot be determined directly in which axial position the shift gate is located.
  • Another disadvantage of the lift detection on the armature is that the integrated sensor can only detect whether an armature is retracted or extended. In the case of a sliding cam actuator with several armatures, however, it is not possible to distinguish which armature is extended. A second Hall sensor would also be required for this.
  • Another possibility for determining the position of the shift gate is to arrange a separate sensor completely outside of the actuator housing.
  • a disadvantage of this construction is the exposed position of the sensor on a cylinder head.
  • such a sensor requires additional fastening elements for its installation on the cylinder head and considerable installation space.
  • the construction of the fastening elements and a mounting geometry - usually on a cylinder head cover in the context of an internal combustion engine - entails considerable additional effort.
  • an additional connector with a cable harness is required to connect the sensor.
  • Sensors are also known from practice which can detect the direction of the magnetic field by means of perpendicular and also by means of inclined magnetic field lines with respect to the sensitive surface.
  • detection means also referred to as 3D sensors, determine from the direction of the magnetic field the exact space would be in three spatial directions and are cost-intensive.
  • the invention is therefore based on the object, an electromagnetic actuator assembly, an electromagnetic actuator and the To propose the use of the actuating arrangement which overcomes the problems of the prior art, in particular by creating an actuating arrangement which enables cost-effective manufacture, a flexible structural design and high-quality and clear position detection of the shift gate while at the same time requiring little installation space.
  • an electromagnetic actuating arrangement comprising an electromagnetic actuating device, in particular a camshaft adjusting device, with a housing and at least one armature unit which can be driven in response to an energization of a stationary, axially oriented coil unit along or parallel to the axial direction and which can interact with at least one slide and / or tappet unit extending in the axial direction, in particular a tappet unit causing camshaft adjustment of an internal combustion engine, is formed.
  • the actuating arrangement also comprises at least one shift gate which can be arranged on a sliding cam and is penetrated by a transverse central plane.
  • the actuating device comprises a detection device for contactless magnetic and / or electrical interaction with the shift gate, which at least one Includes magnetic field and / or electric field detection means, which is designed to create and / or detect a detection field acting directly on the shift gate, and comprises a detection field evaluation means, which is designed to determine the position of the shift gate by means of the measured detection field.
  • the magnetic field and / or electric field detection means is at least partially arranged outside the housing of the actuating device.
  • the advantageous effect also results in particular from the fact that the shape of the adjusting device and the positioning of the magnetic field and / or electric field detection means can be designed very flexibly and a single common plug connection for the adjusting device and the magnetic field and / or electric field detection means can be formed is.
  • the previously used stroke sensor for determining the armature position and thus for indirectly determining the shift gate position can be omitted, which opens up design leeway, creates a low level of design complexity and furthermore lowers costs.
  • the axial position of the shift gate can be detected by means of the magnetic field and / or electric field detection means, preferably in that a measured analog signal is first converted into a digital signal and in that, for at least defined axial positions of the shift gate, characteristic position-related magnetic fields and / or electric fields (voltage potential) and / or sensor signal values are known and / or can be stored in a memory of the evaluation means and / or by comparing and / or offsetting the currently recorded detection field with the stored data or a
  • Detection field map (for example magnetic field map) by the evaluation means, the axial position of the shift gate can be determined.
  • the detection field can for example be a magnetic, an electromagnetic and / or an electric field.
  • the detection field is deserted at least in the space between the detection means and the shift gate.
  • the evaluation means is basically a technical intelligence which is designed to process and / or evaluate the signal from the magnetic field and / or electric field detection means. It can be, for example, an engine control unit with which the actuating device for
  • the evaluation means can, however, also be integrated directly into the housing as a self-sufficient or separate processing unit for the engine control unit in order to form an “embedded system”.
  • the transverse center plane which extends through the shift gate is arranged in such a way that the adjustment axis which axially extends through the shift gate coincides with a normal vector of the transverse center plane.
  • the transverse center plane is arranged geometrically in the center.
  • the magnetic field detection means comprises a magnetic field sensor, in particular a Hall sensor, preferably a linear Hall sensor.
  • a Hall sensor is inexpensive and contributes in an advantageous manner to the effects according to the invention, in particular in that it can detect the deformation of the detection field caused by the shift gate.
  • a linear Hall sensor is particularly suitable for position detection, since its output does not assume a discrete switching state depending on the detection field, but rather outputs a signal proportional to the field strength.
  • This output signal can be made available as a pulse width modulated signal (PWM signal), preferably to a control device or to the detection field evaluation means.
  • PWM signal pulse width modulated signal
  • the magnetic field detection means additionally or alternatively comprises a permanent magnet means for creating the detection field.
  • This generated magnetic or electromagnetic field is particularly suitable in the setting arrangement according to the invention. Since the magnetic field detection means has a considerable spatial distance from the coil unit compared to the arrangements known from the prior art, the own magnetic field generated by the permanent magnet is useful for determining the position of the shift gate. Alternatively or additionally, it is conceivable that the electric field
  • Detection means is a capacitive sensor.
  • a position of the shift gate can also be detected when non-conductive materials such as plastic are used for this.
  • the switching gate serves as a switching flag that changes the detection field in the case of a capacitive sensor. This change can be measured by means of a capacitive sensor and assigned to an axial shift gate position.
  • a longitudinal central axis extending through the at least one magnetic field and / or electric field detection means in the longitudinal direction of an adjustment axis of the
  • the at least one magnetic field and / or electric field detection means is thus arranged eccentrically with respect to the central position in order to generate a clear signal. If the magnetic field and / or electric field detection means be centered on the
  • the detection of the shift gate position would possibly be subject to strong tolerances and thus not robust and reliable.
  • the signal could not be clearly assigned to a shift gate position.
  • Mirror plane of symmetry of the shift gate is arranged.
  • the the The mirror symmetry plane extending through the shift gate is arranged in such a way that the adjustment axis extending axially through the shift gate coincides with a normal vector of the transverse center plane.
  • the mirror plane of symmetry can coincide with the transverse center plane - but it does not have to. In this case, mirror symmetry can mean complete symmetry, but also mirror symmetry in sections. It is decisive that, at least in the engagement position, there are different shift gate geometries on both sides of the magnetic field and / or electric field detection means, viewed in the direction of the adjustment axis.
  • This embodiment is based on the idea that a magnetic field and / or electric field detection means, which is aligned or arranged in the middle of a shift gate that is at least partially mirror-symmetrical with respect to its mirror symmetry plane, may either not deliver any or no clear signal.
  • the magnetic field and / or electric field detection means can now output different signals in a simple and unambiguous manner, which clearly make at least the axial position of the shift gate recognizable.
  • This embodiment enables the unambiguous detection of up to three switching positions, for example using only a single detection means.
  • An engagement position or a switching position is given when at least one tappet unit can functionally intervene in the shift gate.
  • the magnetic field detection means can advantageously be designed to detect the negative and / or positive magnetic field or flux density and / or the field strength. It is also conceivable that the detection means only detect those magnetic field lines that are oriented perpendicular to its sensitive surface. By shifting the shift gate, the proportion of the magnetic field lines detected by the detection means changes. In addition, it can Detection means detect the direction of the magnetic flux (positive / negative) of the vertical magnetic field lines.
  • a known detection means is unnecessary, which detects the direction of the magnetic field not only by means of vertical but also by means of oblique magnetic field lines with respect to the sensitive surface and is also referred to as a 3D sensor.
  • Another advantage of the invention is that the position of the shift gate can be detected by means of a significantly more cost-effective detection means.
  • a longitudinal center axis of the at least one magnetic field and / or electric field detection means extending through the at least one magnetic field and / or electric field detection means is arranged and / or can be arranged such that in the longitudinal direction of an adjustment axis of the sliding cam on both sides of the magnetic field and / or electric field detection means the shift gate has different external geometry courses, preferably different detectable geometries.
  • the magnetic field and / or electric field detection means is arranged at least partially in the area between the housing and the shift gate. This allows the detection means to go even further away from the coil unit and closer to the shift gate.
  • Such an arrangement leads in particular to a housing with a low complexity and little space requirement.
  • the magnetic field and / or electric field detection means can be at least partially integrated into the housing of the electromagnetic actuating device, with the housing being able to be manufactured using an injection molding process.
  • the injection molding process can be a plastic injection molding process.
  • the detection means can be integrated into the housing in a particularly advantageous manner. Only a single, preferably one-piece housing can therefore be designed.
  • the adjusting arrangement is a
  • Magnetic field shielding means for shielding the detection field from the magnetic field of the at least one coil unit.
  • This shielding means can for example be the housing or a housing section in order to avoid influencing the detection field, which can lead to an unambiguous detection.
  • the electromagnetic actuating device can have a plurality of electromagnetic actuator units which can be selectively actuated for the independent exertion of an actuating force on a corresponding plurality of plunger units mounted axially parallel to one another.
  • the electromagnetic actuating device can alternatively have a single actuator unit which can be selectively activated to exert an actuating force on a tappet unit.
  • An actuator unit can comprise a coil unit and an armature unit as well as a slide and / or tappet unit - for example, an embodiment with two actuator units is conceivable.
  • the actuator units can in one common, preferably cylindrical and / or hollow cylindrical housing can be provided. As a result, an adjusting device with several slide and / or tappet units can also be created, which takes up a small amount of space.
  • the direct distance between the sensitive surface of the at least one magnetic field and / or electric field detection means and the shift gate is between 0 mm and 2.0 mm, preferably between 0.5 mm and 1.0 mm.
  • the direct distance can also be referred to as the radial distance in relation to the shift gate.
  • the distance can, however, be subject to tolerances to a small extent. The smallest possible distance is preferred, which leads to a greater signal strength.
  • an electromagnetic adjusting device is also proposed, in particular a camshaft adjusting device, with a housing and at least one armature unit which can be driven along or parallel to the axial direction in response to a current flow to a stationary, axially aligned coil unit, which armature unit is to interact with at least one in the axial direction extending slide and / or tappet unit, in particular a tappet unit effecting a camshaft adjustment of an internal combustion engine.
  • the actuating device comprises a detection device which comprises at least one magnetic field and / or electric field detection means which is designed to create and / or detect a detection field that can be directly applied to the shift gate.
  • the adjusting device is designed to work together with a detection field evaluation means, which is designed to determine the position of the shift gate by means of the measured detection field, the magnetic field and / or electric field detection means is arranged at least partially outside the housing.
  • the electromagnetic actuating device according to the invention essentially has the advantages of the actuating arrangement, to which reference is hereby made.
  • a longitudinal central axis extending through the at least one magnetic field and / or electric field detection means is preferably arranged in a direction parallel to a longitudinal plunger plane extending longitudinally through the at least one plunger unit at a distance from a plunger central plane, the distance preferably being half the direct distance corresponds between two immediately adjacent ram units.
  • the magnetic field detection means comprises a magnetic field sensor, in particular a Hall sensor, preferably a linear Hall sensor, and / or a permanent magnet means. This results in the aforementioned advantages.
  • the actuating device comprises only a single magnetic field and / or electric field detection means, preferably designed for the exclusive detection of perpendicular to a sensitive surface aligned magnetic field lines.
  • the actuating arrangement can also comprise only a single magnetic field and / or electric field detection means. Since, with the aid of the invention, an unambiguous detection of up to three switching positions is possible with only one detection means, no further detection means, as was previously known, are required with such a construction.
  • the use of the electromagnetic actuating arrangement according to one of claims 1 to 10 or the electromagnetic actuating device according to one of claims 1 1 to 14 in an internal combustion engine is proposed, use in a motor vehicle internal combustion engine being preferred.
  • the advantages according to the invention are particularly evident in such a use.
  • features disclosed according to the device should also apply and be claimable as disclosed according to the method.
  • features disclosed in accordance with the method should also apply and be claimable as disclosed in accordance with the device.
  • FIG. 1 a -1 c schematic views of an inventive
  • FIG. 2 a side view of the adjusting device according to FIG. 1 a;
  • FIG. 3 a perspective view of the adjusting device according to FIG.
  • FIG. 4 a view from below of the adjusting device according to FIG. 1 a; 5: a diagram of a magnetic field measurement;
  • FIG. 8 a view from below of the adjusting device according to FIG. 7; and FIG. 9: a side view of the adjusting device according to FIG. 7.
  • FIGS. 1 a to 1 c show identical elements in three different positions of a shift gate 12, the shift gate 12 being axially adjustable along an adjustment axis 30, for example to adjust a camshaft.
  • the shift gate 12 being axially adjustable along an adjustment axis 30, for example to adjust a camshaft.
  • FIGS. 1 a to 1 c show identical elements in three different positions of a shift gate 12, the shift gate 12 being axially adjustable along an adjustment axis 30, for example to adjust a camshaft.
  • FIGS. 1 a to 1 c show identical elements in three different positions of a shift gate 12, the shift gate 12 being axially adjustable along an adjustment axis 30, for example to adjust a camshaft.
  • An adjusting arrangement which is shown in FIGS. 1a to 6c, comprises an electromagnetic adjusting device 2, which is designed as a camshaft adjusting device.
  • the actuating device 2 has a housing 4, within which two armature units (not shown) can be driven in response to a current supply to two stationary, axially aligned coil units along or parallel to the axial direction.
  • the actuating device 2 thus comprises a plurality of electromagnetic actuator units which can be selectively activated for the independent exertion of an actuating force on a corresponding plurality of slides and / or tappets 8, 10 mounted axially parallel to one another.
  • Each armature unit interacts with a tappet unit 6, 7 which extends in the axial direction and which in particular are each designed as a tappet unit 6, 7 which effects a cam adjustment of an internal combustion engine.
  • the tappet unit 6 includes the tappet 8 and the tappet unit 7 includes the tappet 10.
  • Each of the tappets 8, 10 is assigned a separate anchor unit.
  • the tappets 8 and 10 are arranged adjacent to one another in the axial adjustment direction of the shift gate 12 and penetrated by a tappet longitudinal plane 58 shown in FIGS. 2 and 4 in their longitudinal direction.
  • the adjusting arrangement also includes the shift gate 12, which is arranged on a sliding cam 14.
  • the shift gate 12 has three groove walls 16, 18 and 20, so that a guide groove 22 and 24 for the tappets 8 and 10 is formed between adjacent groove walls 16 and 20 or between 20 and 18. There are thus three set positions, which are shown in FIGS. 1 a to 1 c. At least one of the tappets 8 and 10 can be used for the axial adjustment of the shift gate 12 in at least one corresponding guide groove 22, 24 engage. At least one of the groove walls 16, 18 and 20 interacts with the detection field and change or deform it depending on the axial position of the shift gate 12.
  • the shift gate 12 is penetrated by a transverse center plane 56 in such a way that it is supported by the adjustment axis 30 which axially penetrates the shift gate 12 is also penetrated as the normal axis.
  • the transverse center plane 56 intersects the plunger longitudinal plane 58 at a right angle. In the axial direction of the shift gate 12, the transverse center plane 56 is arranged geometrically in the center. A mirror symmetry plane of the shift gate 12 without a reference symbol coincides with the transverse center plane 56.
  • the actuating device 2 has a detection device or a single shift gate position detection device which includes a magnetic field detection means which is designed as a linear Hall sensor 26.
  • the magnetic field detection means or the Hall sensor 26 serves to detect a detection field which acts directly on the shift gate 12.
  • the actuating arrangement comprises a permanent magnet, not shown, for creating the detection field, which is located between the Hall sensor 26 and the shift gate 12.
  • the setting arrangement can have a detection field evaluation means 32, which is designed to determine the position of the shift gate 12 by means of the measured detection field.
  • a data line 36 can be provided, which is shown wired, but can also be wireless and connects one plug connector 50 to the detection field evaluation means 32 .
  • the actuating arrangement can comprise a magnetic field shielding means for shielding the detection field from the at least one magnetic field of the at least one coil unit of the actuating device 2.
  • the Hall sensor 26 is at least partially arranged outside the housing 4 in such a way that it is arranged in the area between the housing 4 and the shift gate 12, as shown in particular by the side view in the direction of the adjustment axis 30 in FIG. 2.
  • the direct distance (A) between the sensitive surface of the Hall sensor 26 and the shift gate 12 is between 0 mm and 2.0 mm.
  • the Hall sensor 26 is partially integrated into the plastic housing 4 of the actuating device 2, the housing 4 being manufactured using an injection molding process. The Hall sensor 26 is thus arranged adjacent to the exit end of the housing 4.
  • FIGS. 1 a to 6c comprises a single Hall sensor 26, which is penetrated by a longitudinal center axis 27 in its longitudinal direction and, based on a tappet center plane 52, is centered between the two tappets 8 and 10 in the direction of the adjustment axis 30 of the shift gate 12 or of the sliding cam 14 is arranged offset by an offset V1.
  • the Hall sensor 26 has a sensitive surface 26a.
  • the offset V1 shown does not correspond to exactly half of the direct distance between the two immediately adjacent ram units 6, 7, which is also shown in FIG.
  • the plunger center plane 52 intersects the plunger longitudinal plane 58 at a right angle, as FIG. 4 shows.
  • the Hall sensor 26 is arranged offset by an offset V2 with respect to the tappet longitudinal plane 58 in the direction of the shift gate 12 or the sliding cam 14, which is orthogonal to the direction of the adjustment axis 30, as FIGS. 2 and 4 show. 1 b also shows that the Hall sensor 26 in the direction of the adjustment axis 30 of the shift gate 12 or the sliding cam 14 by an offset V4 is arranged offset to the transverse center plane 56, this arrangement applies to the illustrated center position MS.
  • a common plug connection 50 for the adjusting device 2 and / or the magnetic field detection means can be formed integrally with the housing 4.
  • the basic knowledge of the invention is that the detection field changes or deforms with the axial adjustment of the shift gate 12, each axial position of the shift gate 12 generates its own characteristic field and thus every field change or deformation makes it possible to determine an axial position of the shift gate 12, provided the magnetic field - Detection means is suitably arranged.
  • FIG. 3 shows the adjusting device 2 according to the first embodiment in isolation from a perspective view from below. Recesses 60 serving as fixing means can be seen, each of which can be penetrated by a screw for fixing the adjusting device 2 to a fixing partner.
  • FIG. 4 shows in particular the offsets V1 and V2 and the obliteration and alignment of the planes 52 and 58 with one another.
  • An offset V3 can also be seen between the longitudinal center axis 27 of the Hall sensor 26 and a longitudinal axis of the plunger 10.
  • the offset V3 is zero in the event that offset V1 corresponds to exactly half of the direct distance between the two immediately adjacent ram units 6, 7. In other words, there is no offset V3 if the longitudinal center axis 27 and the longitudinal axis of the plunger 10 are not offset from one another transversely to the adjustment axis 30 - otherwise V3> 0.
  • FIG. 5 now shows in a diagram the change in the measured magnetic field or the flux density in Gauss [G] compared to an axial adjustment of the shift gate 12 along its adjustment axis 30 in millimeters [mm].
  • FIG. 5 shows a first tolerance position (0.5 mm ) the sensitive surface of the Hall sensor 26 to the shift gate 12 and a second tolerance position (1.0 mm) of the sensitive surface of the Hall sensor 26 to the shift gate 12, the tolerance position can also be referred to as sensor distance A. It can be seen that each axial position of the shift gate 12 generates a unique characteristic change in the magnetic field and thus an axial position of the shift gate 12 can be determined.
  • Switching thresholds for the setting arrangement can be stored in a memory 34 of the evaluation means 32. Each switching threshold is defined via a duty cycle in percent and not directly via the Flux density value.
  • the signal from the Hall sensor 26 is evaluated.
  • the detected flux density value is output in a percentage duty cycle, that is to say in a PWM value.
  • Duty cycle is understood as an expression for the percentage of the maximum power with which a pulse width modulation (PWM) controls a consumer.
  • PWM pulse width modulation
  • the left setting position of the shift gate 12 for the setting device 2 is entered in FIG. 5 by means of a dash-dot line, which setting position corresponds to FIGS. 1a and 6a.
  • the plunger 10 can engage in the guide groove 22.
  • the plunger 8 lies outside of a possibility of engagement in the shift gate 12.
  • the sensor 26 lies between the two groove walls 16 and 20.
  • a middle setting position or middle position MS is drawn in by means of a dashed line in FIG. 5, which corresponds to the axial position of the shift gate 12 shown in FIGS. 1 b and 6 b.
  • the plunger 8 can engage in the guide groove 22 and the plunger 10 can engage in the guide groove 24.
  • the sensor 26 lies between the two groove walls 18 and 20.
  • FIG. 5 a right setting position is drawn in by means of a dash-dot-dot line, which corresponds to the axial position of the shift gate 12 shown in FIGS. 1c and 6c.
  • the tappet 8 can engage in the guide groove 24, the tappet 10 being outside of a possibility of engagement in the shift gate 12 is, as shown in Figs. 1c and 6c.
  • the sensor 26 lies on the right-hand side of the groove wall 18.
  • evaluation means 32 is also designed to determine each axial position of the shift gate 12.
  • the shift gate 12 can be moved between the left and the right set position by about 10.5 mm, this dimension being merely an example and depending on the distance between adjacent tappet units and shift gate geometries, different magnetic field profiles result.
  • the middle position MS is about 5.25 mm away from the two outer setting positions. In the middle position MS, the Hall sensor 26 is shifted to the right by approximately 2.8 mm relative to the ordinate axis shown. This shift corresponds to dimension V4.
  • the actuating device 2 comprises a single electromagnetic actuator unit, which can be selectively activated to exert an actuating force on a slide and / or tappet 8.
  • the actuating device 2 has a detection device or a single shift gate position detection device which comprises a magnetic field detection means which is designed as a linear Hall sensor 26.
  • the magnetic field detection means or the Hall sensor 26 serves to detect a detection field which acts directly on the shift gate 12.
  • the Hall sensor 26 is partially integrated into the housing 4.
  • the actuating arrangement comprises a permanent magnet, not shown, for creating the detection field, which is deserted between the Hall sensor 26 and the shift gate 12.
  • the adjustment axis 30 is shown as a representative of the shift gate 12 and the sliding cam 14.
  • the longitudinal center axis 27 and the longitudinal axis of the plunger 8 are arranged offset from one another transversely to the adjustment axis 30, which is why the offset V3 is not equal to zero.

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Abstract

Es wird eine elektromagnetische Stellanordnung vorgeschlagen, umfassend eine elektromagnetische Stellvorrichtung (2), insbesondere Nockenwellen-Verstellvorrichtung, mit einem Gehäuse (4) und zumindest einer als Reaktion auf eine Bestromung einer stationären, axial ausgerichteten Spuleneinheit entlang der oder parallel zur axialen Richtung antreibbaren Ankereinheit, die zum Zusammenwirken mit zumindest einer sich in der axialen Richtung erstreckenden Schieber-und/oder Stößeleinheit (6, 7), insbesondere einer eine Nockenwellenverstellung eines Verbrennungsmotors bewirkenden Stößeleinheit (6, 7), ausgebildet ist, und zumindest eine Schaltkulisse (12), welche an einem Schiebenocken (14) anordenbar und von einer Quermittelebene (56) durchgriffen ist, wobei dass die Stellvorrichtung (2) zum berührungslosen magnetischen und/oder elektrischen Zusammenwirken mit der Schaltkulisse (12) eine Detektionsvorrichtung umfasst, welche zumindest ein Magnetfeld- und/oder Elektrofeld-Detektionsmittel umfasst, welches zur Erstellung und/oder Erfassung eines unmittelbar auf die Schaltkulisse (12) wirkenden Detektionsfeldes ausgebildet ist, und ein Detektionsfeld-Auswertem ittel (32) umfasst, welches zur Positionsbestimmung der Schaltkulisse (12) mittels des gemessenen Detektionsfeldes ausgebildet ist, wobei das Magnetfeld- und/oder Elektrofeld-Detektionsm ittel zumindest teilweise außerhalb des Gehäuses (4) angeordnet ist.

Description

Elektromagnetische Stellanordnung
Die vorliegende Erfindung betrifft eine elektromagnetische Stellanordnung nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 , eine elektromagnetische Stellvorrichtung nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 1 sowie eine Verwendung nach Patentanspruch 15.
Aus der Praxis ist eine solche Stellanordnung bekannt, umfassend eine elektromagnetische Stellvorrichtung, welche sich insbesondere als
Nockenwellen-Verstelleinrichtung eignet und eine Ankereinheit aufweist, welche als Reaktion auf eine Bestromung einer stationären, axial ausgerichteten Spuleneinheit entlang der oder parallel zur axialen Richtung antreibbar ist. Die Ankereinheit ist zum Zusammenwirken mit einer sich in der axialen Richtung erstreckenden Schieber- und/oder Stößeleinheit ausgebildet, wobei hierdurch insbesondere eine
Nockenwellenverstellung eines Verbrennungsmotors bewirkt werden kann. Dazu greift die Schieber- und/oder Stößeleinheit in eine Schaltkulisse ein, welche insbesondere an einem Schiebenocken angeordnet sein kann. Bei einer derartigen Ausführung ist die
Schaltkulisse umfangsseitig des Schiebenockens angeordnet. Die Schaltkulisse kann von einer Quermittelebene durchgriffen sein.
Zur Bestimmung der bezogen auf die Nockenwelle axialen Position des Schiebenockens können bekannte Stellanordnungen oder Schiebenockenaktuatoren Hall-Sensoren zur Erkennung der Ankerposition aufweisen. Diese Hall-Sensoren sind komplett innerhalb des Aktuatorgehäuses angeordnet und können die axiale Position der Schaltkulisse lediglich indirekt über die Stellung des Ankers ermitteln. Derartige Hall-Sensoren zur Hubpositionserkennung des Ankers des
Schiebenockenaktuators werden zumeist durch Umspritzen in einem Kunststoffgehäuse realisiert. Der Nachteil einer solchen Huberkennung am Anker ist, dass nicht direkt feststellbar ist, in welcher axialen Position sich die Schaltkulisse befindet. Ein weiterer Nachteil der Huberkennung am Anker besteht darin, dass durch den integrierten Sensor lediglich detektiert werden kann, ob ein Anker eingefahren oder ausgefahren ist. Bei einem Schiebenockenaktuator mit mehreren Ankern ist jedoch nicht unterscheidbar, welcher der Anker ausgefahren ist. Hierfür wäre zusätzlich ein zweiter Hall-Sensor notwendig.
Eine weitere Möglichkeit zur Positionsbestimmung der Schaltkulisse besteht in der Anordnung eines separaten Sensors komplett außerhalb des Aktuatorgehäuses. Ein Nachteil dieser Konstruktion ist jedoch die exponierte Lage des Sensors auf einem Zylinderkopf. Zudem benötigt ein solcher Sensor zusätzliche Befestigungselemente zu seiner Montage an dem Zylinderkopf sowie erheblichen Bauraum. Gerade die Konstruktion der Befestigungselemente und einer Aufnahmegeometrie - im Kontext eines Verbrennungsmotors üblicherweise an einer Zylinderkopfhaube - bringt erheblichen Mehraufwand mit sich. Des Weiteren ergibt sich der Nachteil, dass ein zusätzlicher Stecker mitsamt Kabelbaum benötigt wird, um den Sensor anzuschließen.
Aus der Praxis sind auch Sensoren bekannt, welche die Richtung des Magnetfeldes mittels senkrechter und auch mittels schräger Magnetfeldlinien bezüglich der sensitiven Fläche erfassen können. Solche Detektionsmittel, auch als 3D-Sensoren bezeichnet, ermitteln aus der Magnetfeldrichtung die genaue Raum läge in drei Raumrichtungen und sind kostenintensiv. Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine elektromagnetische Stellanordnung, eine elektromagnetische Stellvorrichtung sowie die Verwendung der Stellanordnung vorzuschlagen, welche die Probleme des Standes der Technik überwindet, insbesondere dadurch, dass eine Stellanordnung geschaffen wird, welche eine kostengünstige Herstellung, eine flexible konstruktive Ausgestaltung sowie eine hochqualitative und eindeutige Positionserkennung der Schaltkulisse ermöglicht bei gleichzeitig geringem Bauraumbedarf.
Diese Aufgabe wird durch die elektromagnetische Stellanordnung gemäß Patentanspruch 1 , durch die elektromagnetische Stellvorrichtung gemäß Patentanspruchs 1 1 sowie durch die Verwendung der Stellanordnung gemäß Patentanspruchs 15 gelöst.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben, wobei in den Rahmen der Erfindung auch sämtliche Kombinationen aus zumindest zwei in der Beschreibung, den Ansprüchen und/oder den Figuren offenbarten Merkmalen fallen.
Erfindungsgemäß wird eine elektromagnetische Stellanordnung vorgeschlagen, umfassend eine elektromagnetische Stellvorrichtung, insbesondere eine Nockenwellen-Verstellvorrichtung, mit einem Gehäuse und zumindest einer als Reaktion auf eine Bestromung einer stationären, axial ausgerichteten Spuleneinheit entlang der oder parallel zu der axialen Richtung antreibbaren Ankereinheit, die zum Zusammenwirken mit zumindest einer sich in der axialen Richtung erstreckenden Schieber- und/oder Stößeleinheit, insbesondere einer eine Nockenwellenverstellung eines Verbrennungsmotors bewirkenden Stößeleinheit, ausgebildet ist. Die Stellanordnung umfasst zudem zumindest eine Schaltkulisse, welche an einem Schiebenocken anordenbar und von einer Quermittelebene durchgriffen ist. Die Stellvorrichtung umfasst zum berührungslosen magnetischen und/oder elektrischen Zusammenwirken mit der Schaltkulisse eine Detektionsvorrichtung, welche zumindest ein Magnetfeld- und/oder Elektrofeld-Detektionsmittel umfasst, welches zur Erstellung und/oder Erfassung eines unmittelbar auf die Schaltkulisse wirkenden Detektionsfelds ausgebildet ist, und ein Detektionsfeld- Auswertmittel umfasst, welches zur Positionsbestimmung der Schaltkulisse mittels des gemessenen Detektionsfeldes ausgebildet ist. Das Magnetfeld- und/oder Elektrofeld-Detektionsmittel ist zumindest teilweise außerhalb des Gehäuses der Stellvorrichtung angeordnet.
Gemäß der Erfindung ist es nunmehr möglich, einen Sensor zur Erkennung zumindest der axialen Position der Schaltkulisse direkt in die Stellvorrichtung zu integrieren bzw. an ihr zu befestigen und somit einen zusätzlichen Positionssensor, welcher beispielsweise an einem Zylinderkopf angeordnet sein kann, entfallen zu lassen, wodurch eine direkte Erfassung der Position der Schaltkulisse ermöglicht ist und erheblicher Bauraum eingespart werden kann.
Die vorteilhafte Wirkung ergibt sich auch insbesondere dadurch, dass die Formgebung der Stellvorrichtung und die Positionierung des Magnetfeld- und/oder Elektrofeld-Detektionsmittels sehr flexibel gestaltet werden kann und ein einziger gemeinsamer Steckeranschluss für die Stellvorrichtung und das Magnetfeld- und/oder Elektrofeld-Detektionsmittel ausbildbar ist. Zudem kann der bisher verwendete Hubsensor zur Ermittlung der Ankerposition und somit zur indirekten Ermittlung der Schaltkulissenposition entfallen, was Konstruktionsspielräume öffnet, eine geringe Konstruktionskomplexität schafft und des Weiteren Kosten senkt.
Vorteilhaft ist zudem, dass kein zusätzlicher separater Sensor benötigt wird, welcher die eingangs genannten Nachteile, wie großer Bauraum, zusätzliche Komponenten, zusätzlicher Kabelsatz, eigener Stecker, erhöhte Kosten oder entsprechende Befestigungselemente aufweist. Die axiale Position der Schaltkulisse kann mittels des Magnetfeld- und/oder Elektrofeld-Detektionsmittels erkannt werden und zwar bevorzugt dadurch, dass ein gemessenes analoges Signal zunächst in ein digitales Signal umgewandelt wird und dadurch, dass für zumindest definierte axiale Stellungen der Schaltkulisse jeweils charakteristische positionsbezogene Magnetfelder und/oder Elektrofelder (Spannungspotential) und/oder Sensorsignalwerte bekannt sind und/oder auf einem Speicher des Auswertemittels ablegbar sind und/oder durch einen Vergleich und/oder eine Verrechnung des aktuell erfassten Detektionsfeldes mit den gespeicherten Daten bzw. einer
Detektionsfeldfeldkarte (beispielsweise Magnetfeldkarte) von dem Auswertemittel die axiale Position der Schaltkulisse ermittelbar ist.
Das Detektionsfeld kann beispielsweise ein magnetisches, ein elektromagnetisches und/oder ein elektrisches Feld sein. Das
Detektionsfeld ist zumindest im Raum zwischen dem Detektionsmittel und der Schaltkulisse verödet.
Das Auswertmittel ist grundsätzlich eine technische Intelligenz, welche zur Verarbeitung und/oder Auswertung des Signals des Magnetfeld- und/oder Elektrofeld-Detektionsmittels ausgebildet ist. Es kann beispielsweise ein Motorsteuergerät sein, mit welchem die Stellvorrichtung zum
Datenaustausch verbunden sein kann. Das Auswertmittel kann aber auch als autarke oder separate Recheneinheit zum Motorsteuergerät unmittelbar in das Gehäuse integriert sein, um ein„embedded System“ auszubilden.
Mittels der erfindungsgemäßen Lehre ist somit unter Anderem eine kompakte und kostengünstige Lösung geschaffen, um die Position der Schaltkulisse direkt zu ermitteln. Die die Schaltkulisse durchgreifende Quermittelebene ist so angeordnet, dass sich die die Schaltkulisse axial durchgreifende Verstellachse mit einem Normalenvektor der Quermittelebene deckt. In axialer Richtung der Schaltkulisse ist die Quermittelebene geometrisch mittig angeordnet.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Stellanordnung nach der Erfindung umfasst das Magnetfeld-Detektionsmittel einen Magnetfeldsensor, insbesondere einen Hall-Sensor, vorzugsweise einen Linear-Hall-Sensor. Ein solcher Sensor ist kostengünstig und trägt zu den erfindungsgemäßen Effekten in vorteilhafter Weise bei, insbesondere dadurch, dass er die durch die Schaltkulisse verursachte Deformation des Detektionsfeldes erfassen kann. Ein Linear-Hall-Sensor eignet sich ganz besonders zur Positionserkennung, da dessen Ausgang in Abhängigkeit des Detektionsfeldes keinen diskreten Schaltzustand annimmt, sondern ein zur Feldstärke proportionales Signal ausgibt. Dieses Ausgangssignal kann als pulsweitenmoduliertes Signal (PWM-Signal) zur Verfügung gestellt werden, vorzugsweise an ein Steuergerät bzw. an das Detektionsfeld-Auswertemittel. Es ist zudem denkbar, dass das Magnetfeld-Detektionsmittel zusätzlich oder alternativ ein Permanentmagnetmittel zur Erstellung des Detektionsfeldes umfasst. Dieses erzeugte Magnet- oder Elektromagnetfeld eignet sich in besonderer Weise bei der erfindungsgemäßen Stellanordnung. Da das Magnetfeld-Detektionsmittel im Vergleich zu aus dem Stand der Technik bekannten Anordnungen einen erheblichen räumlichen Abstand zu der Spuleneinheit aufweist, ist das eigene, mittels des Permanentmagneten erzeugte Magnetfeld zur Ermittlung der Position der Schaltkulisse zweckdienlich. Alternativ oder zusätzlich ist denkbar, dass das Elektrofeld-
Detektionsmittel ein kapazitiver Sensor ist. Somit kann in vorteilhafter Weise auch dann eine Position der Schaltkulisse erfasst werden, wenn hierfür nichtleitende Materialien, wie beispielsweise Kunststoff, verwendet werden. Die Schaltkulisse dient in diesem Fall als Schaltfahne, die das Detektionsfeld im Falle eines kapazitiven Sensors verändert. Diese Veränderung ist mittels kapazitivem Sensor messbar und einer axialen Schaltkulissenposition zuordenbar.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Stellanordnung nach der Erfindung ist zumindest in einer Mittelstellung der Stößeleinheit oder der Stößeleinheiten zu der Schaltkulisse eine das mindestens eine Magnetfeld- und/oder Elektrofeld-Detektionsmittel durchgreifende Längsmittelachse in Längsrichtung einer Verstellachse des
Schiebenockens mit einem Abstand zu der Quermittelebene der Schaltkulisse angeordnet. Eine Mittelstellung ist dann erreicht, wenn die Stößeleinheit oder die Stößeleinheiten mittig zu der Schaltkulisse angeordnet ist/sind, wobei hier jeweils vorzugsweise die geometrische Mitte gemeint ist. Somit ist das mindestens eine Magnetfeld- und/oder Elektrofeld-Detektionsmittel bezüglich der Mittelstellung außermittig angeordnet, um ein eindeutiges Signal zu erzeugen. Würde das Magnetfeld- und/oder Elektrofeld-Detektionsmittel mittig zu der
Schaltkulissenmitte angeordnet sein, wäre die Erkennung der Schaltkulissenposition gegebenenfalls stark toleranzbehaftet und somit nicht robust und verlässlich. Zudem könnte in der mittigen Anordnung das Signal nicht eindeutig einer Schaltkulissenposition zugeordnet werden.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Stellanordnung nach der Erfindung ist denkbar, dass in zumindest einer, vorzugsweise in jeder Eingriffsstellung zwischen der zumindest einen Stößeleinheit und der Schaltkulisse eine das mindestens eine Magnetfeld- und/oder Elektrofeld- Detektionsmittel durchgreifende Längsmittelachse außerhalb einer
Spiegelsymmetrieebene der Schaltkulisse angeordnet ist. Die die Schaltkulisse durchgreifende Spiegelsymmetrieebene ist so angeordnet, dass sich die die Schaltkulisse axial durchgreifende Verstellachse mit einem Normalenvektor der Quermittelebene deckt. Die Spiegelsymmetrieebene kann mit der Quermittelebene zusammenfallen - sie muss es jedoch nicht. Spiegelsymmetrisch kann in diesem Fall eine vollständige Symmetrie aber auch eine abschnittsweise Spiegelsymmetrie bedeuten. Entscheidend ist, dass zumindest in Eingriffsstellung beidseits des Magnetfeld- und/oder Elektrofeld-Detektionsmittels in Richtung der Verstellachse gesehen unterschiedliche Schaltkulissengeometrien vorliegen. Dieser Ausführung liegt der Gedanke zugrunde, dass ein Magnetfeld- und/oder Elektrofeld-Detektionsmittel, welches mittig zu einer bezüglich seiner Spiegelsymmetrieebene zumindest abschnittsweise spiegelsymmetrischen Schaltkulisse ausgerichtet oder angeordnet ist, möglicherweise entweder kein oder kein eindeutiges Signal liefern kann. Somit kann das Magnetfeld- und/oder Elektrofeld-Detektionsmittel nunmehr in einfacher und eindeutiger Weise unterschiedliche Signale ausgeben, welche eindeutig zumindest die axiale Position der Schaltkulisse erkennbar machen. Diese Ausführung ermöglicht beispielsweise unter Nutzung lediglich eines einzigen Detektionsmittels die eindeutige Erkennung von bis zu drei Schaltpositionen. Eine
Eingriffsstellung bzw. eine Schaltposition ist gegeben, wenn zumindest eine Stößeleinheit funktional in die Schaltkulisse eingreifen kann.
Das Magnetfeld-Detektionsmittel kann in vorteilhafter Weise zur Erfassung des negativen und/oder positiven Magnetfeldes bzw. Flussdichte und/oder der Feldstärke ausgebildet sein. Es ist zudem denkbar, dass das Detektionsmittel lediglich diejenigen Magnetfeldlinien detektieren, die senkrecht zu dessen sensitiver Fläche ausgerichtet sind. Durch die Verschiebung der Schaltkulisse verändert sich der Anteil der von dem Detektionsmittel detektieren Magnetfeldlinien. Zudem kann das Detektionsmittel die Richtung des magnetischen Flusses (positiv/negativ) der senkrechten Magnetfeldlinien erfassen.
Durch ein derartiges Detektionsmittel in Verbindung mit einem oben beschriebenen Abstand oder einer Anordnung außerhalb einer
Spiegelsymmetrieebene der Schaltkulisse wird hingegen ein bekanntes Detektionsmittel unnötig, welches die Richtung des Magnetfeldes nicht nur mittels senkrechter sondern auch mittels schräger Magnetfeldlinien bezüglich der sensitiven Fläche erfasst und auch als 3D-Sensor bezeichnet ist. Ein weiterer Vorteil der Erfindung besteht also darin, dass die Position der Schaltkulisse mittels eines erheblich kostengünstigeren Detektionsmittel erfassbar ist.
Es ist gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform denkbar, dass bei der elektromagnetischen Stellanordnung in zumindest einer, vorzugsweise in jeder Eingriffsstellung zwischen der zumindest einen Stößeleinheit und der Schaltkulisse eine das mindestens eine Magnetfeld- und/oder Elektrofeld-Detektionsmittel durchgreifende Längsmittelachse des zumindest einen Magnetfeld- und/oder Elektrofeld-Detektionsmittels derart angeordnet und/oder anordenbar ist, dass in Längsrichtung einer Verstellachse des Schiebenockens beidseits des Magnetfeld- und/oder Elektrofeld-Detektionsmittels die Schaltkulisse unterschiedliche Außengeometrieverläufe aufweist, vorzugsweise unterschiedliche detektierbare Geometrien aufweist. Diese Ausführungsform realisiert die in dem vorangenannten Absatz ausgeführten Vorteile analog, wobei in diesem Fall keine Symmetrie der Schaltkulisse gegeben sein muss.
Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Stellanordnung nach der Erfindung ist das Magnetfeld- und/oder Elektrofeld-Detektionsmittel zumindest teilweise im Bereich zwischen dem Gehäuse und der Schaltkulisse angeordnet. Dadurch kann das Detektionsmittel noch weiter entfernt von der Spuleneinheit und näher heran an die Schaltkulisse platziert werden. Eine derartige Anordnung führt insbesondere zu einem Gehäuse mit einer geringen Komplexität und geringem Bauraumbedarf. Es hat sich zudem als vorteilhaft gezeigt, dass das Magnetfeld- und/oder Elektrofeld-Detektionsmittel zumindest teilweise in das Gehäuse der elektromagnetischen Stellvorrichtung integriert sein kann, wobei das Gehäuse nach einem Spritzgussverfahren hergestellt sein kann. Das Spritzgussverfahren kann in weiter bevorzugter Variante ein Kunststoffspritzgussverfahren sein. Bei einer derartigen Ausgestaltung kann das Detektionsmittel in besonders günstiger Weise in das Gehäuse integriert werden. Es ist somit nur ein einziges, vorzugsweise einteiliges Gehäuse ausbildbar. Es ist zudem denkbar, dass die Stellanordnung ein
Magnetfeldabschirmmittel zum Abschirmen des Detektionsfelds von dem Magnetfeld der zumindest einen Spuleneinheit umfasst. Dieses Abschirm mittel kann beispielsweise das Gehäuse oder ein Gehäuseabschnitt sein, um eine Beeinflussung des Detektionsfeldes zu vermeiden, was zu einer eindeutigen Detektion führen kann.
Die elektromagnetische Stellvorrichtung kann eine Mehrzahl von elektromagnetischen Aktuatoreneinheiten aufweisen, die zum unabhängigen Ausüben einer Stellkraft auf eine entsprechende Mehrzahl von achsparallel zueinander gelagerten Stößeleinheiten selektiv ansteuerbar sind. Die elektromagnetische Stellvorrichtung kann alternativ eine einzige Aktuatoreneinheit aufweist die zum Ausüben einer Stellkraft auf eine Stößeleinheit selektiv ansteuerbar ist. Eine Aktuatoreinheit kann eine Spuleneinheit und eine Ankereinheit sowie eine Schieber- und/oder Stößeleinheit umfassen - es ist beispielsweise eine Ausführung mit zwei Aktuatoreinheiten denkbar. Die Aktuatoreneinheiten können in einem gemeinsamen, bevorzugt zylindrischen und/oder hohlzylindrischen Gehäuse vorgesehen sein. Dadurch ist zudem eine Stellvorrichtung mit mehreren Schieber- und/oder Stößeleinheiten schaffbar, die einen geringen Bauraum einnimmt.
Es ist zudem denkbar, dass der direkte Abstand zwischen der sensitiven Fläche des zumindest einen Magnetfeld- und/oder Elektrofeld- Detektionsmittels und der Schaltkulisse zwischen 0 mm und 2,0 mm, vorzugsweise zwischen 0,5 mm und 1 ,0 mm beträgt. Der direkte Abstand kann auch als radialer Abstand bezeichnet werden bezogen auf die Schaltkulisse. Der Abstand kann jedoch in geringem Maße toleranzbehaftet sein. Bevorzugt ist ein möglichst geringer Abstand, was zu einer größeren Signalstärke führt. Erfindungsgemäß wird zudem eine elektromagnetische Stellvorrichtung vorgeschlagen, insbesondere eine Nockenwellen-Verstellvorrichtung, mit einem Gehäuse und zumindest einer als Reaktion auf eine Bestromung einer stationären, axial ausgerichteten Spuleneinheit entlang der oder parallel zur axialen Richtung antreibbaren Ankereinheit, die zum Zusammenwirken mit zumindest einer sich in der axialen Richtung erstreckenden Schieber- und/oder Stößeleinheit, insbesondere einer eine Nockenwellenverstellung eines Verbrennungsmotors bewirkenden Stößeleinheit, ausgebildet ist. Die Stellvorrichtung umfasst zum berührungslosen magnetischen und/oder elektrischen Zusammenwirken mit einer Schaltkulisse eine Detektionsvorrichtung, welche zumindest ein Magnetfeld- und/oder Elektrofeld-Detektionsmittel umfasst, welches zur Erstellung und/oder Erfassung eines unmittelbar auf die Schaltkulisse wirkbaren Detektionsfeldes ausgebildet ist. Die Stellvorrichtung ist ausgebildet, um mit einem Detektionsfeld-Auswertemittel zusammen zu wirken, welches zur Positionsbestimmung der Schaltkulisse mittels des gemessenen Detektionsfeldes ausgebildet ist, wobei das Magnetfeld- und/oder Elektrofeld-Detektionsmittel zumindest teilweise außerhalb des Gehäuses angeordnet ist.
Die erfindungsgemäße elektromagnetische Stellvorrichtung weist im Wesentlichen die Vorteile der Stellanordnung auf, worauf hiermit verwiesen wird.
Es ist denkbar, dass eine das mindestens eine Magnetfeld- und/oder Elektrofeld-Detektionsmittel durchgreifende Längsmittelachse vorzugsweise in eine Richtung parallel zu einer die mindestens eine Stößeleinheit längs durchgreifenden Stößellängsebene mit einem Abstand zu einer Stößelmittelebene angeordnet ist wobei der Abstand vorzugsweise der Hälfte des direkten Abstandes zwischen zwei unmittelbar benachbarten Stößeleinheiten entspricht. Diese Ausführung ermöglicht beispielsweise unter Nutzung lediglich eines einzigen Detektionsmittels die eindeutige Erkennung von bis zu drei
Schaltpositionen, insbesondere bei Anordnung zweier Aktuatoreinheiten, wobei auch drei Aktuatoreinheiten denkbar sind. Mit dem genannten Abstand sind die ausgeprägtesten Signalwerte jeweiligen Stellungen der Stößeleinheiten zuordenbar.
Weiterbildungsgemäß kann vorgesehen sein, dass das Magnetfeld- Detektionsmittel einen Magnetfeldsensor, insbesondere einen Hall- Sensor, vorzugsweise einen Linear-Hall-Sensor umfasst und/oder ein Permanentmagnetmittel. Dabei ergeben sich die voran genannten Vorteile.
Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Stellvorrichtung nach der Erfindung umfasst diese lediglich ein einziges Magnetfeld- und/oder Elektrofeld-Detektionsmittel, vorzugsweise ausgebildet zur ausschließlichen Erfassung von zu einer sensitiven Fläche senkrecht ausgerichteten Magnetfeldlinien. Auch die Stellanordnung kann in jeder beschriebenen Ausgestaltung lediglich ein einziges Magnetfeld- und/oder Elektrofeld-Detektionsmittel umfassen. Da mithilfe der Erfindung eine eindeutige Erkennung von bis zu drei Schaltpositionen mit nur einem Detektionsmittel möglich ist, bedarf es bei einer derartigen Konstruktion keines weiteren Detektionsmittels, wie es bislang bekannt war.
Erfindungsgemäß wird zudem die Verwendung der elektromagnetischen Stellanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 10 oder der elektromagnetischen Stellvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 1 bis 14 in einem Verbrennungsmotor vorgeschlagen, wobei eine Verwendung in einem Kraftfahrzeugverbrennungsmotor bevorzugt ist. Gerade bei einer solchen Verwendung kommen die erfindungsgemäßen Vorteile besonders zum Tragen.
Die erfindungsgemäße Verwendung weist im Wesentlichen die Vorteile der Stellanordnung auf, worauf hiermit verwiesen wird.
In den Rahmen der Erfindung fallen sämtliche Kombinationen aus zumindest zwei von in der Beschreibung, den Ansprüchen und/oder den Figuren offenbarten Merkmalen.
Zur Vermeidung von Wiederholungen sollen vorrichtungsgemäß offenbarte Merkmale auch als verfahrensgemäß offenbart gelten und beanspruchbar sein. Ebenso sollen verfahrensgemäß offenbarte Merkmale auch als vorrichtungsgemäß offenbart gelten und beanspruchbar sein.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen sowie anhand der Zeichnung. Diese zeigt in:
Fig. 1 a -1 c: schematische Ansichten einer erfindungsgemäßen
Stellvorrichtung in drei unterschiedlichen
Eingriffsstellungen gemäß einer ersten Ausführungsform;
Fig. 2: eine Seitenansicht der Stellvorrichtung nach Fig. 1 a; Fig. 3: eine perspektivische Ansicht der Stellvorrichtung nach Fig.
1 a;
Fig. 4: eine Unteransicht der Stellvorrichtung nach Fig. 1 a; Fig. 5: ein Diagramm einer Magnetfeldmessung;
Fig. 6a - 6c: schematische Darstellungen der Ausrichtung eines
Magnetfeld-Detektionsmittels zu der Schaltkulisse in drei unterschiedlichen Eingriffsstellungen nach den Fig. 1 a bis 1 c.
Fig. 7: schematische Ansicht einer erfindungsgemäßen
Stellvorrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform;
Fig. 8: eine Unteransicht der Stellvorrichtung nach Fig. 7; und Fig. 9: eine Seitenansicht der Stellvorrichtung nach Fig. 7.
Die Fig. 1 a bis 1 c zeigen identische Elemente in drei unterschiedlichen Stellungen einer Schaltkulisse 12, wobei die Schaltkulisse 12 axial entlang einer Verstellachse 30 verstellbar ist, um beispielsweise eine Nockenwelle zu verstellen. Aus Gründen der Übersichtlichkeit sind von den Fig. 1 a bis 1c nicht alle Figuren mit Bezugszeichen versehen. Gleiche Elemente finden sich jedoch bezüglich der ersten Ausführungsform auch in den Fig. 1a bis 1 c, 2, 3, 4 und 6a bis 6c.
Eine Stellanordnung, welche in den Fig. 1 a bis 6c gezeigt ist, umfasst eine elektromagnetische Stellvorrichtung 2, welche als Nockenwellenverstellvorrichtung ausgebildet ist. Die Stellvorrichtung 2 weist ein Gehäuse 4 auf, innerhalb dessen zwei nicht dargestellte Ankereinheiten als Reaktion auf eine Bestromung zweier stationärer, axial ausgerichteter Spuleneinheiten entlang der oder parallel zur axialen Richtung antreibbar sind. Die Stellvorrichtung 2 umfasst also eine Mehrzahl von elektromagnetischen Aktuatoreneinheiten, die zum unabhängigen Ausüben einer Stellkraft auf eine entsprechende Mehrzahl von achsparallel zueinander gelagerten Schiebern und/oder Stößeln 8, 10 selektiv ansteuerbar sind. Jede Ankereinheit wirkt zusammen mit einer sich in der axialen Richtung erstreckenden Stößeleinheit 6, 7, welche insbesondere jeweils als eine eine Nockenverstellung eines Verbrennungsmotors bewirkende Stößeleinheit 6, 7 ausgebildet sind. Die Stößeleinheit 6 umfasst den Stößel 8 und die Stößeleinheit 7 umfasst den Stößel 10. Jedem der Stößel 8, 10 ist eine separate Ankereinheit zugeordnet. Die Stößel 8 und 10 sind in axialer Verstellrichtung der Schaltkulisse 12 benachbart zueinander angeordnet und von einer in den Fig. 2 und 4 gezeigten Stößellängsebene 58 in ihrer Längsrichtung durchgriffen. Die Stellanordnung umfasst zudem die Schaltkulisse 12, welche an einem Schiebenocken 14 angeordnet ist. Die Schaltkulisse 12 weist drei Nutwände 16, 18 und 20 auf, sodass zwischen benachbarten Nutwänden 16 und 20 bzw. zwischen 20 und 18 jeweils eine Führungsnut 22 bzw. 24 für die Stößel 8 und 10 ausgebildet ist. Es sind somit drei Stellpositionen ausgebildet, welche in den Fig. 1 a bis 1 c gezeigt sind. Zumindest einer der Stößel 8 und 10 kann zur axialen Verstellung der Schaltkulisse 12 in zumindest eine entsprechende Führungsnut 22, 24 eingreifen. Zumindest eine der Nutwände 16, 18 und 20 interagiert mit dem Detektionstfeld und verändern oder deformieren dieses je nach axialer Stellung der Schaltkulisse 12. Die Schaltkulisse 12 ist von einer Quermittelebene 56 durchgriffen und zwar so, dass sie von der die Schaltkulisse 12 axial durchgreifenden Verstellachse 30 als Normalenachse ebenfalls durchgriffen ist. Die Quermittelebene 56 schneidet die Stößellängsebene 58 im rechten Winkel. In axialer Richtung der Schaltkulisse 12 ist die Quermittelebene 56 geometrisch mittig angeordnet. Mit der Quermittelebene 56 fällt eine bezugszeichenlose Spiegelsymmetrieebene der Schaltkulisse 12 zusammen.
Die Stellvorrichtung 2 weist zum berührungslosen magnetischen Zusammenwirken mit der Schaltkulisse 12 eine Detektionsvorrichtung bzw. eine einzige Schaltkulissenpositionserkennungsvorrichtung auf, welche ein Magnetfeld-Detektionsmittel umfasst, welches als Linear-Hall- Sensor 26 ausgebildet ist. Das Magnetfeld-Detektionsmittel bzw. der Hall- Sensor 26 dient zum Erfassen eines unmittelbar auf die Schaltkulisse 12 wirkenden Detektionsfelds. Die Stellanordnung umfasst einen nicht dargestellten Permanentmagneten zur Erstellung des Detektionsfeldes, welches zwischen Hall-Sensor 26 und der Schaltkulisse 12 verortet ist. Zudem kann die Stellanordnung ein Detektionsfeld-Auswertmittel 32 aufweisen, welches zur Positionsbestimmung der Schaltkulisse 12 mittels des gemessenen Detektionsfelds ausgebildet ist. Zur Übermittlung des gemessenen Magnetfelds bzw. des Signalwertes von dem Magnetfeld- Detektionsmittel an das Detektionsfeld-Auswertmittel 32 kann eine Datenleitung 36 vorgesehen sein, welche kabelgebunden dargestellt ist, jedoch auch kabellos ausgebildet sein kann und den einen Steckeranschluss 50 mit dem Detektionsfeld-Auswertmittel 32 verbindet. Zudem kann die Stellanordnung ein Magnetfeldabschirmmittel, zum Abschirmen des Detektionsfelds von dem zumindest einen Magnetfeld der zumindest einen Spuleneinheit der Stellvorrichtung 2 umfassen. Der Hall-Sensor 26 ist zumindest teilweise derart außerhalb des Gehäuses 4 angeordnet, dass er im Bereich zwischen dem Gehäuse 4 und der Schaltkulisse 12 angeordnet ist, wie insbesondere die Seitenansicht in Richtung der Verstellachse 30 in Fig. 2 zeigt. Der direkte Abstand (A) zwischen der sensitiven Fläche des Hall-Sensors 26 und der Schaltkulisse 12 beträgt zwischen 0 mm und 2,0mm. Gleichsam ist der Hall-Sensor 26 teilweise in das aus Kunststoff ausgebildete Gehäuse 4 der Stellvorrichtung 2 integriert, wobei das Gehäuse 4 nach einem Spritzgussverfahren hergestellt ist. Somit ist der Hall-Sensor 26 benachbart zu dem Austrittsende des Gehäuses 4 angeordnet.
Die in den Fig. 1 a bis 6c gezeigte Ausführungsform der Erfindung umfasst einen einzigen Hall-Sensor 26, welcher von einer Längsmittelachse 27 in seiner Längsrichtung durchgriffen und bezogen auf eine Stößelmittelebene 52 mittig der beiden Stößel 8 und 10 in Richtung der Verstellachse 30 der Schaltkulisse 12 bzw. des Schiebenockens 14 um einen Versatz V1 versetzt angeordnet ist. Der Hall-Sensor 26 weist eine sensitive Fläche 26a auf. Der gezeigte Versatz V1 entspricht nicht genau der Hälfte des direkten Abstandes zwischen den zwei unmittelbar benachbarten Stößeleinheiten 6, 7, was sich auch in Fig. 5 zeigt. Die Stößelmittelebene 52 schneidet die Stößellängsebene 58 im rechten Winkel, wie Fig. 4 zeigt. Zudem ist der Hall-Sensor 26 bezogen auf die Stößellängsebene 58 in zur Richtung der Verstellachse 30 orthogonalen Richtung der Schaltkulisse 12 bzw. des Schiebenockens 14 um einen Versatz V2 versetzt angeordnet, wie die Fig. 2 und 4 zeigen. Fig. 1 b zeigt zudem, dass der Hall-Sensor 26 in Richtung der Verstellachse 30 der Schaltkulisse 12 bzw. des Schiebenockens 14 um einen Versatz V4 versetzt zu der Quermittelebene 56 angeordnet ist, wobei diese Anordnung für die dargestellte Mittelstellung MS gilt.
Es ist zudem in jeder der Fig. 1 a bis 1 c erkennbar, dass in jeder Eingriffsstellung bzw. Schaltstellung zwischen zumindest einer der Stößeleinheiten 6, 7 und der Schaltkulisse 12 die Längsmittelachse 27 des Hall-Sensors 26 außerhalb der Spiegelsymmetrieebene der Schaltkulisse 12 angeordnet ist, wobei hier zu beachten ist, dass die Spiegelsymmetrieebene mit der Quermittelebene 56 zusammenfällt. Es gilt: V1 F 0 und V4 F 0 (ggf. in jeder Eingriffsstellung bei vorhanden Spiegelsymmetrie). Würde der Hall-Sensor 26 im gezeigten Beispiel direkt mittig zwischen den beiden Stößeln 8 und 10 bzw. symmetrisch zur Schaltkulisse 12 angeordnet sein, wäre die Positionserkennung zumindest in der Mittelstellung MS gemäß Fig. 1 b stark toleranzbehaftet und somit nicht verlässlich. Das Signal wäre nicht ggf. eindeutig. Zu erkennen ist insbesondere in Fig. 1 a bis 1 c zudem, dass in jeder Eingriffsstellung bzw. Schaltstellung beidseits des Elektrofeld-Detektionsmittels in Richtung der Verstellachse 30 gesehen unterschiedliche Schaltkulissengeometrien vorliegen.
Mit dem Gehäuse 4 kann integral ein gemeinsamer Steckeranschluss 50 für die Stellvorrichtung 2 und/oder das Magnetfeld-Detektionsmittel ausbildbar sein. Grunderkenntnis der Erfindung ist, dass sich das Detektionsfeld mit der axialen Verstellung der Schaltkulisse 12 verändert oder verformt, jede axiale Position der Schaltkulisse 12 ein eigenes charakteristisches Feld erzeugt und somit jeder Feldveränderung oder -deformation eine axiale Position der Schaltkulisse 12 ermittelbar macht, sofern das Magnetfeld- Detektionsmittel geeignet angeordnet ist. Fig. 3 zeigt die Stellvorrichtung 2 nach der ersten Ausführungsform in Alleinstellung aus einer perspektivischen Unteransicht. Erkennbar sind als Fixierungsmittel dienende Ausnehmungen 60, welche jeweils von einer Schraube durchgreifbar sind zur Fixierung der Stellvorrichtung 2 an einem Fixierungspartner.
Fig. 4 zeigt insbesondere die Versätze V1 und V2 sowie die Verödung und Ausrichtung zueinander der Ebenen 52 und 58. Zu erkennen ist zudem ein Versatz V3 zwischen der Längsmittelachse 27 des Hall-Sensors 26 und einer Längsachse des Stößels 10. Der Versatz V3 beträgt Null für den Fall, dass Versatz V1 entspricht genau der Hälfte des direkten Abstandes zwischen den zwei unmittelbar benachbarten Stößeleinheiten 6, 7 entspricht. Mit anderen Worten liegt kein Versatz V3 vor, wenn die Längsmittelachse 27 und die Längsachse des Stößels 10 quer zur Verstellachse 30 nicht versetzt zueinander sind - andernfalls ist V3 > 0.
Fig. 5 zeigt nun in einem Diagramm die Veränderung des gemessenen Magnetfelds bzw. die Flussdichte in Gaus [G] gegenüber einer axialen Verstellung der Schaltkulisse 12 entlang deren Verstellachse 30 in Millimetern [mm] Fig. 5 zeigt eine erste Toleranzlage (0,5 mm) der sensitiven Fläche des Hall-Sensors 26 zu der Schaltkulisse 12 und eine zweite Toleranzlage (1 ,0 mm) der sensitiven Fläche des Hall-Sensors 26 zu der Schaltkulisse 12, wobei die Toleranzlage auch als Sensorabstand A bezeichenbar ist. Es ist erkennbar, dass jede axiale Stellung der Schaltkulisse 12 eine eindeutige charakteristische Veränderung des Magnetfelds erzeugt und somit eine axiale Position der Schaltkulisse 12 ermittelbar ist.
In einem Speicher 34 des Auswertemittels 32 sind Schaltschwellen für die Stellanordnung speicherbar. Jede Schaltschwelle ist über ein Tastverhältnis in Prozent definiert und nicht unmittelbar über den Flussdichtewert. Es erfolgt also eine Auswertung des Signals des Hall- Sensors 26. Der detektierte Flussdichtewert wird in einem prozentualen Tastverhältnis, also in einem PWM-Wert ausgegeben. Tastverhältnis wird verstanden als ein Ausdruck dafür, mit wieviel Prozent der maximalen Leistung eine Pulsweitenmodulation (PWM) einen Verbraucher ansteuert. Somit kann jedem Flussdichtewert oder Flussdichtewertebereich ein Tastverhältnis und somit eine Schaltstellung zugeordnet werden.
Um dies zu verdeutlichen, ist in Fig. 5 die linke Stellposition der Schaltkulisse 12 zu der Stellvorrichtung 2 mittels einer Strich-Punkt-Linie eingetragen, welche Stellposition mit den Fig. 1 a und 6a korrespondiert. In der in den Fig. 1 a und 6a dargestellten Stellung der Schaltkulisse 12 kann der Stößel 10 in die Führungsnut 22 eingreifen. Der Stößel 8 liegt außerhalb einer Eingriffsmöglichkeit in die Schaltkulisse 12. Aus Sicht von Fig. 1a und 6a liegt der Sensor 26 zwischen den beiden Nutwänden 16 und 20.
Des Weiteren ist in Fig. 5 eine mittlere Stellposition bzw. Mittelstellung MS mittels einer Strich-Linie eingezeichnet, welche der in den Fig. 1 b und 6b dargestellten axialen Position der Schaltkulisse 12 entspricht. Wie die Fig. 1 b und 6b zeigen, kann in dieser Stellung der Stößel 8 in die Führungsnut 22 und der Stößel 10 in die Führungsnut 24 eingreifen. Aus Sicht von Fig. 1 b und 6b liegt der Sensor 26 zwischen den beiden Nutwänden 18 und 20.
Zudem ist in Fig. 5 eine rechte Stellposition mittels einer Strich-Punkt- Punkt-Linie eingezeichnet, welche mit der in den Fig. 1 c und 6c dargestellten axialen Position der Schaltkulisse 12 korrespondiert. In dieser Stellung kann der Stößel 8 in die Führungsnut 24 eingreifen, wobei der Stößel 10 außerhalb einer Eingriffsmöglichkeit in die Schaltkulisse 12 ist, wie in den Fig. 1 c und 6c dargestellt. Aus Sicht von Fig. 1 c und 6c liegt der Sensor 26 rechtsseitig der Nutwand 18.
Es ist denkbar, dass das Auswertemittel 32 auch zur Ermittlung jeder axialen Stellung der Schaltkulisse 12 ausgebildet ist.
Die Schaltkulisse 12 kann zwischen der linken und der rechten Stellposition um etwa 10,5mm verfahren werden, wobei diese Maßangabe lediglich beispielhaft ist und sich je nach Abstand benachbarter Stößeleinheiten und Schaltkulissengeometrien unterschiedliche Magnetfeldverläufe ergeben. Die Mittelstellung MS ist von den beiden äußeren Stellpositionen jeweils als etwa 5,25mm entfernt. Der Hall-Sensor 26 ist in Mittelstellung MS gegenüber der eingezeichneten Ordinatenachse um etwa 2,8mm rechtsverschoben. Diese Verschiebung entspricht dem Maß V4.
Bei Betrachtung von Fig. 5 ist ersichtlich, dass die Flussdichte bei Verstellung aus der linken Stellposition in die Mittelstellung MS zunächst bei etwa -2mm ein globales Maximum erreicht und dann bis zum Wert Null auf der Ordinatenachse absinkt - dies gilt für beide Toleranzlagen. In dem Nullpunkt liegt die Längsmittelachse 27 des einen Hall-Sensors 26 innerhalb der Spiegelsymmetrieebene der Schaltkulisse 12. Die Messung lässt an dieser Stelle somit keinen eindeutigen Rückschluss auf die axiale Position der Schaltkulisse zu. In dem Nullpunkt ist jedoch keine Eingriffsstellung gegeben, so dass dieser Nullpunkt von der Schaltkulisse 12 lediglich passiert wird. Die Flussdichte nimmt bei weiterer Verstellung ab und erreicht bei etwa 2mm ein globales Minimum, wonach bei etwa 2,8mm die Mittelstellung MS folgt. Bei weiterer rechtsseitiger Verstellung ist bei etwa 7,8mm die rechte Stellposition erreicht. Für den Fall, dass der Versatz V1 genau der Hälfte des direkten Abstandes zwischen den zwei unmittelbar benachbarten Stößeleinheiten 6, 7 entspricht, würden die linke Stellposition (Fig. 6a) und die rechte Stellposition (Fig. 6c) jeweils genau in dem entsprechenden global Minimum bzw. Maximum liegen.
Im Folgenden sollen bezüglich der Fig. 7 bis 9 lediglich die wesentlichen Unterschiede zu der ersten Ausführungsform, gezeigt in den Fig. 1 bis 6c beschrieben werden.
Die Stellvorrichtung 2 umfasst eine einzige elektromagnetische Aktuatoreneinheit, die zum Ausüben einer Stellkraft auf einen Schieber und/oder Stößel 8 selektiv ansteuerbar ist. Die Stellvorrichtung 2 weist zum berührungslosen magnetischen Zusammenwirken mit einer nicht dargestellten Schaltkulisse 12 eine Detektionsvorrichtung bzw. eine einzige Schaltkulissenpositionserkennungsvorrichtung auf, welche ein Magnetfeld-Detektionsmittel umfasst, welches als Linear-Hall-Sensor 26 ausgebildet ist. Das Magnetfeld-Detektionsmittel bzw. der Hall-Sensor 26 dient zum Erfassen eines unmittelbar auf die Schaltkulisse 12 wirkenden Detektionsfelds. Der Hall-Sensor 26 ist teilweise in das Gehäuse 4 integriert. Die Stellanordnung umfasst einen nicht dargestellten Permanentmagneten zur Erstellung des Detektionsfeldes, welches zwischen Hall-Sensor 26 und der Schaltkulisse 12 verödet ist.
Zur Verdeutlichung der Anordnung der Schaltkulisse 12 ist die Verstellachse 30 stellvertretend für die Schaltkulisse 12 und den Schiebenockens 14 eingezeichnet.
Die Längsmittelachse 27 und die Längsachse des Stößels 8 sind quer zur Verstellachse 30 versetzt zueinander angeordnet, weshalb der Versatz V3 ungleich Null ist.

Claims

Patentansprüche
1. Elektromagnetische Stellanordnung, umfassend
eine elektromagnetische Stellvorrichtung (2), insbesondere Nockenwellen-Verstellvorrichtung, mit einem Gehäuse (4) und zumindest einer als Reaktion auf eine Bestromung einer stationären, axial ausgerichteten Spuleneinheit entlang der oder parallel zur axialen Richtung antreibbaren Ankereinheit, die zum Zusammenwirken mit zumindest einer sich in der axialen Richtung erstreckenden Schieber- und/oder Stößeleinheit (6, 7), insbesondere einer eine Nockenwellenverstellung eines Verbrennungsmotors bewirkenden Stößeleinheit (6, 7), ausgebildet ist, und
zumindest eine Schaltkulisse (12), welche an einem Schiebenocken (14) anordenbar und von einer Quermittelebene (56) durchgriffen ist, dadurch gekennzeichnet,
dass die Stellvorrichtung (2) zum berührungslosen magnetischen und/oder elektrischen Zusammenwirken mit der Schaltkulisse (12) eine Detektionsvorrichtung umfasst, welche zumindest ein Magnetfeld- und/oder Elektrofeld-Detektionsmittel umfasst, welches zur Erstellung und/oder Erfassung eines unmittelbar auf die
Schaltkulisse (12) wirkenden Detektionsfeldes ausgebildet ist, und ein Detektionsfeld-Auswertemittel (32) umfasst, welches zur Positionsbestimmung der Schaltkulisse (12) mittels des gemessenen Detektionsfeldes ausgebildet ist, wobei
das Magnetfeld- und/oder Elektrofeld-Detektionsmittel zumindest teilweise außerhalb des Gehäuses (4) angeordnet ist.
2. Elektromagnetische Stellanordnung nach Anspruch 1 , wobei
das Magnetfeld-Detektionsmittel einen Magnetfeldsensor, insbesondere einen Hall-Sensor, vorzugsweise einen Linear-Hall-
Sensor und/oder ein Permanentmagnetmittel umfasst.
3. Elektromagnetische Stellanordnung nach Anspruch 1 oder 2, wobei zumindest in einer Mittelstellung (MS) der Stößeleinheit (6) oder der Stößeleinheiten (6, 7) zu der Schaltkulisse (12) eine das mindestens eine Magnetfeld- und/oder Elektrofeld-Detektionsmittel durchgreifende Längsmittelachse (27) in Längsrichtung einer Verstellachse (30) des Schiebenockens (14) mit einem Abstand (V4) zu der Quermittelebene (56) der Schaltkulisse (12) angeordnet ist.
4. Elektromagnetische Stellanordnung nach einem der vorangehenden
Ansprüche, wobei
in zumindest einer, vorzugsweise in jeder Eingriffsstellung zwischen der zumindest einen Stößeleinheit (6, 7) und der Schaltkulisse (12) eine das mindestens eine Magnetfeld- und/oder Elektrofeld- Detektionsmittel durchgreifende Längsmittelachse (27) des zumindest einen Magnetfeld- und/oder Elektrofeld-Detektionsmittels außerhalb einer Spiegelsymmetrieebene der Schaltkulisse (12) angeordnet ist.
5. Elektromagnetische Stellanordnung nach einem der vorangehenden
Ansprüche, wobei in zumindest einer, vorzugsweise in jeder Eingriffsstellung zwischen der zumindest einen Stößeleinheit (6, 7) und der Schaltkulisse (12) eine das mindestens eine Magnetfeld- und/oder Elektrofeld-Detektionsmittel durchgreifende Längsmittelachse (27) des zumindest einen Magnetfeld- und/oder
Elektrofeld-Detektionsmittels derart angeordnet und/oder anordenbar ist, dass in Längsrichtung einer Verstellachse (30) des Schiebenockens (14) beidseits des Elektrofeld-Detektionsmittels die Schaltkulisse (12) unterschiedliche Außengeometrieverläufe aufweist, vorzugsweise unterschiedliche detektierbare Geometrien aufweist.
6. Elektromagnetische Stellanordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei
das Magnetfeld- und/oder Elektrofeld-Detektionsmittel zumindest teilweise im Bereich zwischen dem Gehäuse (4) und der
Schaltkulisse (12) angeordnet ist.
7. Elektromagnetische Stellanordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei
das Magnetfeld- und/oder Elektrofeld-Detektionsmittel zumindest teilweise in das Gehäuse (4) der elektromagnetische Stellvorrichtung (2) integriert, vorzugsweise nach einem Spritzgussverfahren integriert ist.
8. Elektromagnetische Stellanordnung nach einem der vorangehenden
Ansprüche, umfassend
ein Magnetfeldabschirm mittel zum Abschirmen des Detektionsfelds von dem Magnetfeld der Spuleneinheit.
9. Elektromagnetische Stellanordnung nach einem der vorangehenden
Ansprüche, wobei
die elektromagnetische Stellvorrichtung (2) eine Mehrzahl von elektromagnetischen Aktuatoreneinheiten aufweist, die zum unabhängigen Ausüben einer Stellkraft auf eine entsprechende Mehrzahl von achsparallel zueinander gelagerten Stößeleinheiten (6,
7) selektiv ansteuerbar sind oder eine einzige Aktuatoreneinheit aufweist die zum Ausüben einer Stellkraft auf eine Stößeleinheit (6) selektiv ansteuerbar ist.
10. Elektromagnetische Stellanordnung nach einem der vorangehenden
Ansprüche, wobei der direkte Abstand (A) zwischen der sensitiven Fläche des zumindest einen Magnetfeld- und/oder Elektrofeld-Detektionsmittels und der Schaltkulisse (12) zwischen 0 mm und 2 mm, vorzugsweise zwischen 0,5 mm und 1 ,0 mm beträgt.
11. Elektromagnetische Stellvorrichtung (2), insbesondere Nockenwellen-Verstellvorrichtung, mit einem Gehäuse (4) und zumindest einer als Reaktion auf eine Bestromung einer stationären, axial ausgerichteten Spuleneinheit entlang der oder parallel zur axialen Richtung antreibbaren Ankereinheit, die zum
Zusammenwirken mit zumindest einer sich in der axialen Richtung erstreckenden Schieber- und/oder Stößeleinheit (6, 7), insbesondere einer eine Nockenwellenverstellung eines Verbrennungsmotors bewirkenden Stößeleinheit (6, 7), ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Stellvorrichtung (2) zum berührungslosen magnetischen und/oder elektrischen Zusammenwirken mit einer Schaltkulisse (12) eine Detektionsvorrichtung umfasst, welche zumindest ein Magnetfeld- und/oder Elektrofeld-Detektionsmittel umfasst, welches zur Erstellung und/oder Erfassung eines unmittelbar auf die
Schaltkulisse (12) wirkbaren Detektionsfeldes ausgebildet ist, und ausgebildet ist, um mit einem Detektionsfeld-Auswertemittel (32) zusammen zu wirken, welches zur Positionsbestimmung der Schaltkulisse (12) mittels des gemessenen Detektionsfeldes ausgebildet ist, wobei das Magnetfeld- und/oder Elektrofeld-
Detektionsmittel zumindest teilweise außerhalb des Gehäuses (4) angeordnet ist.
12. Elektromagnetische Stellvorrichtung (2) nach Anspruch 1 1 , wobei eine das mindestens eine Magnetfeld- und/oder Elektrofeld-
Detektionsmittel durchgreifende Längsmittelachse (27) vorzugsweise in einer Richtung parallel zu einer die mindestens eine Stößeleinheit (6, 7) längs durchgreifenden Stößellängsebene (58) mit einem Abstand (V1 ) zu einer Stößelmittelebene (52) angeordnet ist, wobei der Abstand (V1 ) vorzugsweise der Hälfte des direkten Abstandes zwischen zwei unmittelbar benachbarten Stößeleinheiten (6, 7) entspricht.
13. Elektromagnetische Stellvorrichtung (2) nach einem der vorangehenden Ansprüche wobei das Magnetfeld-Detektionsmittel einen Magnetfeldsensor, insbesondere einen Hall-Sensor, vorzugsweise einen Linear-Hall-Sensor und/oder ein Permanentmagnetmittel umfasst.
14. Elektromagnetische Stellvorrichtung (2) nach einem der vorangehenden Ansprüche, umfassend ein einziges Magnetfeld- und/oder Elektrofeld-Detektionsmittel, vorzugsweise ausgebildet zur ausschließlichen Erfassung von zu einer sensitiven Fläche senkrecht ausgerichteten Magnetfeldlinien.
15. Verwendung der elektromagnetischen Stellanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 10 oder der Stellvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 1 bis 14 in einem Verbrennungsmotor, vorzugsweise in einem Kraftfahrzeugverbrennungsmotor.
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Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102021214169A1 (de) 2021-12-11 2023-06-15 Volkswagen Aktiengesellschaft Schiebenockenanordnung mit Sensor zur Erfassung der Position der Schiebenocken
DE102022128376A1 (de) 2022-10-26 2024-05-02 Eto Magnetic Gmbh Verfahren zum Erkennen einer Nockenstückposition eines Ventiltriebs für eine Brennkraftmaschine und Ventiltrieb
AT526912A1 (de) * 2023-01-19 2024-08-15 Ktm Ag Ventiltriebvorrichtung

Family Cites Families (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102006016650B4 (de) * 2006-04-08 2019-05-16 Schaeffler Technologies AG & Co. KG Nockenwellentrieb für eine Brennkraftmaschine
DE102008049103A1 (de) 2008-09-26 2010-04-01 Daimler Ag Ventiltriebvorrichtung
DE202010010371U1 (de) * 2010-07-16 2011-10-17 Eto Magnetic Gmbh Elektromagnetische Stellvorrichtung
DE102010035186A1 (de) * 2010-08-24 2012-03-01 Schaeffler Technologies Gmbh & Co. Kg Ventiltrieb einer Brennkraftmaschine
DE102011011455A1 (de) * 2011-02-17 2012-08-23 Daimler Ag Ventiltriebbetätigungsvorrichtung
DE102013206311A1 (de) * 2012-05-14 2013-11-14 Denso Corporation Elektromagnetischer Aktor
US9291478B2 (en) * 2012-05-31 2016-03-22 Allegro Microsystems, Llc Magnetic field sensor with improved sensitivity to magnetic fields
DE102012014048B4 (de) * 2012-07-14 2019-06-27 Audi Ag Verfahren zum Betreiben eines Ventiltriebs einer Brennkraftmaschine
DE102013204655A1 (de) * 2013-03-18 2014-09-18 Schaeffler Technologies Gmbh & Co. Kg Ventiltrieb eines Verbrennungsmotors
DE102013213125A1 (de) * 2013-07-04 2015-01-08 Schaeffler Technologies Gmbh & Co. Kg Schiebenockensystem mit Arretierung und Positionserkennung
JP6428484B2 (ja) * 2015-05-20 2018-11-28 株式会社デンソー 電磁アクチュエータ
JP6672693B2 (ja) * 2015-10-19 2020-03-25 いすゞ自動車株式会社 可変動弁機構
US10280847B2 (en) * 2017-03-29 2019-05-07 GM Global Technology Operations LLC Method for retracting a partially extended sliding camshaft actuator pin

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