DE10003928A1 - Elektromagnetischer Aktuator - Google Patents

Abstract

Die Erfindung geht aus von einem elektromagnetischen Aktuator zur Betätigung eines Gaswechselventils einer Brennkraftmaschine mit einer elektromagnetischen Einheit, über die ein mit dem Gaswechselventil in Wirkverbindung stehender Anker zwischen zwei Endstellungen verschiebbar ist, und mit einem auf das Gaswechselventil wirkenden Federmechanismus, in dessen Gleichgewichtslage sich der Anker zwischen den Endstellungen befindet, und mit zumindest einem in wenigstens einem Bereich einer Endstellung auf das Gaswechselventil wirkenden Permanentmagneten. DOLLAR A Es wird vorgeschlagen, daß der Permanentmagnet im Bereich der Endstellung entgegen die den Anker in die Endstellung ziehende elektromagnetische Einheit wirkt.

Description

Die Erfindung betrifft einen elektromagnetischen Aktuator nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Elektromagnetische Aktuatoren zum Betätigen von Gaswechselven­ tilen besitzen in der Regel eine elektromagnetische Einheit mit zwei Elektromagneten, einem Öffnungsmagneten und einem Schließmagneten, zwischen deren Polflächen ein Anker koaxial zu einer Ventilachse verschiebbar angeordnet ist. Der Anker wirkt direkt oder über einen Ankerschaft auf einen Ventil­ schaft des Gaswechselventils. Bei Aktuatoren nach dem Prinzip des Massenschwingers wirkt ein vorgespannter Federmechanismus auf den Anker. Als Federmechanismus dienen meist zwei vorge­ spannte Ventilfedern, von denen eine obere Ventilfeder das Gaswechselventil in Öffnungsrichtung und eine untere Ventilfe­ der das Gaswechselventil in Schließrichtung belastet. Bei nicht erregten Elektromagneten wird der Anker durch die Ven­ tilfedern in einer Gleichgewichtslage zwischen den Polflächen gehalten. Die Ventilfedern können gemeinsam auf einer Seite oder jeweils getrennt voneinander auf beiden Seiten der Elek­ tromagnete angeordnet sein.

In geschlossener Stellung des Gaswechselventils liegt der An­ ker an der Polfläche des bestromten Schließmagneten an und wird von diesem gehalten. Der Schließmagnet spannt die in Öff­ nungsrichtung wirkende Ventilfeder weiter vor. Um das Gaswechselventil zu öffnen, wird der Schließmagnet ausgeschaltet und der Öffnungsmagnet eingeschaltet. Die in Öffnungsrichtung wir­ kende Ventilfeder beschleunigt den Anker über die Gleichge­ wichtslage hinaus, so daß dieser von dem Öffnungsmagneten an­ gezogen wird. Der Anker schlägt auf die Polfläche des Öff­ nungsmagneten auf und wird von diesem gehalten. Um das Gas­ wechselventil wieder zu schließen, wird der Öffnungsmagnet ausgeschaltet und der Schließmagnet eingeschaltet. Die in Schließrichtung wirkende Ventilfeder beschleunigt den Anker über die Gleichgewichtslage hinaus zum Schließmagneten. Der Anker wird vom Schließmagneten angezogen, schlägt auf die Pol­ fläche des Schließmagneten auf und wird von diesem gehalten.

Um beim Start der Brennkraftmaschine den Anker aus der Gleich­ gewichtslage anzuziehen, wird entweder der Schließmagnet oder der Öffnungsmagnet kurzzeitig übererregt oder der Anker mit einer Anschwingroutine mit seiner Resonanzfrequenz in Schwin­ gung versetzt.

Aus der DE 35 00 530 A1 ist ein gattungsbildender Aktuator be­ kannt. Der Aktuator besitzt zwei Elektromagnete mit jeweils einer Erregerspule. Jedem Elektromagnet ist ein Permanentma­ gnet zugeordnet. Die Elektromagnete und die Permanentmagnete wirken auf einen Anker, der zwischen Polflächen der Elektroma­ gnete axial verschiebbar angeordnet und mit einem Ventilschaft fest verbunden ist. Auf den Anker und damit auf das Gaswech­ selventil drücken in entgegengesetzter Richtung zwei Ventilfe­ dern. Die Permanentmagnete halten den Anker in den Endlagen bzw. in einer Schließstellung und in einer Öffnungsstellung. Die Haltekraft der Permanentmagnete wird zur Auslösung der Ventilbewegung durch Erregung des zugeordneten Elektromagneten aufgehoben, und zwar durch ein dem Magnetfeld des Permanentma­ gneten entgegengerichtetes magnetisches Gleichfeld, so daß der Anker und damit das Gaswechselventil unter der Wirkung der je­ weils vorgespannten Feder sowie der Anzugskraft des jeweils anderen Permanentmagneten in die andere Endlage überführt wird.

Ferner ist aus der DE 197 12 293 A1 ein Aktuator mit zwei Elektromagneten bekannt, wobei nur einem der Elektromagnete ein Permanentmagnet zugeordnet ist. Die Elektromagnete sind in Reihe oder parallel zueinander angeordnet. Bei unbestromten Elektromagneten liegt ein Anker an dem Elektromagneten an, dem der Permanentmagnet zugeordnet ist. Werden die Elektromagnete bestromt, wird die Anziehungskraft des Permanentmagneten durch den Elektromagneten neutralisiert, dem der Permanentmagnet zu­ geordnet ist. Der zweite Elektromagnet zieht den Anker an sei­ ne Polfläche an. Wird der Strom durch die Elektromagnete abge­ schaltet, zieht der Permanentmagnet den Anker zurück in seine Ausgangslage.

Um ein sicheres Öffnen und Schließen des Gaswechselventils zu erreichen, muß zum einen der Anker in seinen Endstellungen si­ cher gefangen werden können. Hierfür sind die Ventilfedern und die Magnete so aufeinander abzustimmen, daß die Anziehungs­ kräfte der Magnete, die entgegenwirkenden Spannkräfte der Ven­ tilfedern im Bereich der Endstellungen übersteigen. Um eine große Auftreffgeschwindigkeit und ein Abprallen sicher zu ver­ meiden und einen geringen Verschleiß und Energieaufwand zu er­ reichen, sollten die Anziehungskräfte der Magnete die Spann­ kräfte jedoch nur im begrenzten Maße übersteigen.

Zum anderen muß das Gaswechselventil sicher gegen einen Gas­ druck in einem Zylinder geöffnet werden können. Hierfür ist insbesondere zu Beginn des Öffnungshubs eine große Kraft er­ forderlich, wodurch bei den gattungsbildenden Aktuatoren zumindest eine in Öffnungsrichtung wirkende Ventilfeder mit ei­ ner hohen Federsteifigkeit verwendet werden muß. Die auf den Anker wirkende Anziehungskraft des Magneten nimmt kurz vor der Endstellung stark zu, im Gegensatz zur Federkraft, die bei ge­ wöhnlich verwendeten Ventilfedern nahezu linear ansteigt. Auf­ grund der gewünschten, gering größeren Anziehungskraft des Ma­ gneten ergibt sich dadurch nur ein besonders kleiner Bereich bzw. eine kleine Strecke vor der Endstellung, in der die An­ ziehungskraft des Magneten die Spannkraft der Ventilfeder übersteigt und der Anker sicher gefangen wird. Die Elektroma­ gnete sind dadurch besonders exakt anzusteuern und durch den sehr kleinen Bereich vor dem anziehenden Magneten, in dem die Anziehungskraft die Spannkraft übersteigt, kann das Flugver­ halten und insbesondere die Geschwindigkeit des Ankers über den Elektromagneten nur begrenzt geregelt werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen gattungsbil­ denden Aktuator weiterzuentwickeln und insbesondere die Regel­ barkeit zu verbessern und den Energiebedarf zu reduzieren. Sie wird gemäß der Erfindung durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Weitere Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteran­ sprüchen.

Die Erfindung geht aus von einem elektromagnetischen Aktuator zur Betätigung eines Gaswechselventils einer Brennkraftmaschi­ ne mit einer elektromagnetischen Einheit, über die ein mit dem Gaswechselventil in Wirkverbindung stehender Anker zwischen zwei Endstellungen verstellbar ist, und mit einem auf das Gas­ wechselventil und/oder den Aktuator wirkenden Federmechanis­ mus, in dessen Gleichgewichtslage sich der Anker zwischen den Endstellungen befindet. Ferner besitzt der Aktuator zumindest einen in wenigstens einem Bereich einer Endstellung auf das Gaswechselventil wirkenden Permanentmagneten.

Es wird vorgeschlagen, daß eine Permanentmagnetanordnung im Bereich der Endstellung entgegen die den Anker in die Endstel­ lung ziehende elektromagnetische Einheit wirkt. Die elektroma­ gnetische Einheit besitzt in der Regel zwei Elektromagnete, und zwar einen in Schließrichtung und einen in Öffnungsrich­ tung mit einer Anziehungskraft auf den Anker wirkenden Elek­ tromagneten, kann jedoch auch nur aus einem Elektromagneten bestehen. Die Erfindung geht von der Erkenntnis aus, daß ein Permanentmagnet wie der entsprechende Elektromagnet kurz vor der Endlage eine stark ansteigende Wirkung auf den Anker be­ sitzt. Ist die Wirkung der Permanentmagnetanordnung der Wir­ kung des entsprechenden Elektromagneten entgegengerichtet, kann der starke Anstieg der Anziehungskraft des Elektromagne­ ten im Bereich der Endstellung ausgeglichen werden. Der Be­ reich bzw. eine Strecke vor dem anziehenden Elektromagneten, in der die Anziehungskraft des Elektromagneten die Summe der entgegenwirkenden Kräfte übersteigt und der Anker sicher ge­ fangen wird, kann groß ausgeführt und dadurch die Regelbarkeit verbessert werden, ohne daß in der Endstellung die Anziehungs­ kraft im Verhältnis zur entgegenwirkenden Kraft vergrößert werden muß.

Eine vorteilhafte Permanentmagnetanordnung wirkt im Bereich der Endstellung auf die gleiche Weise und in dieselbe Richtung wie der Federmechanismus als ein Umschwingmechanismus für das Stellorgan bzw. für den Aktuator. Eine Kraft der Permanentma­ gnetanordnung und eine Kraft des Federmechanismus addieren sich zu einer resultierenden, dem Elektromagneten entgegenwir­ kenden Kraft auf. Dadurch entsteht ein wirksamer Umschwingme­ chanismus, der sich aus zwei gleichsinnig wirkenden Teilsyste­ men, nämlich des Federmechanismus und der Permanentmagne­ tanordnung zusammensetzt. Dadurch kann eine kostengünstige Ventilfeder mit geringen Abmessungen, einer kleinen Federsteifigkeit und einer geringen Nichtlinearität eingesetzt werden. Bei einer geeigneten Auslegung von Ventilfeder, Permanentma­ gnetanordnung und Elektromagnet kann insbesondere zu Beginn eines Öffnungshubs eine große Kraft in Öffnungsrichtung und damit ein besonders sicheres Öffnen des Gaswechselventils ge­ gen einen Gasdruck in einem Zylinder erreicht werden. Durch die Wahl und Abstimmung von Ventilfedern, Permanentmagne­ tanordnung und Elektromagnet ergibt sich ein zusätzlicher Op­ timierungsspielraum, insbesondere kann der erfindungsgemäße Effekt mit einem Federmechanismus verstärkt werden, der zumin­ dest in Schließrichtung ab seiner Gleichgewichtslage eine pro­ gressiv ansteigende Federkennlinie aufweist. Ferner kann der Energieaufwand des Aktuators reduziert werden. Eine mögliche Ausführung einer solchen Permanentmagnetanordnung besteht aus zwei abstoßend wirkenden Permanentmagneten, von denen einer an einem ruhenden Teil des Aktuators (z. B. einem Elektromagne­ ten) und einer an einem bewegten Teil des Aktuators (z. B. ei­ nem Anker) angeordnet ist. Ein weiterer Vorteil einer solchen Permanentmagnetanordnung ist, daß ein Kleben bzw. Aneinander­ haften der Permanentmagnete in jedem Fall vermieden werden kann.

Ein oder mehrere einzelne Permanentmagnete einer Permanentma­ gnetanordnung können an verschiedenen Stellen ruhend und/oder an einem sich mit dem Gaswechselventil bewegenden Bauteil an­ geordnet sein und auf verschiedene, dem Fachmann als sinnvoll erscheinende Bauteile wirken. In einer Ausgestaltung wird vor­ geschlagen, daß eine Permanentmagnetanordnung nicht am Elek­ tromagneten oder am Anker angeordnet ist und damit eine zu­ sätzliche Komponente des Stellorgans bildet. Dabei ist minde­ stens ein Permanentmagnet beweglich angeordnet und mit dem be­ weglichen Stellmechanismus verbunden. Der Permanentmagnet wirkt auf mindestens ein weiteres, vom Anker getrenntes, ruhendes Bauteil. Die Permanentmagnetanordnung kann axial oder radial versetzt vom Ankerelement auf verschiedene Weise kon­ struktiv angeordnet und ausgeführt werden. Ein Anschlagen des Permanentmagneten gegen ein weiteres Bauteil bzw. ein Auf­ schlagen eines Bauteils auf dem Permanentmagneten kann durch geeignete konstruktive Maßnamen vermieden und ein dadurch be­ dingter Verschleiß des Permanentmagneten sicher verhindert werden. Das Anschlagen und Kleben der Permanentmagnete kann bei dieser Anordnung beispielsweise dadurch verhindert werden, daß der Abstand zwischen Bauteil und bewegten Permanentmagne­ ten größer als der Abstand zwischen Elektromagnet und Anker gewählt wird. Das zusätzliche Bauteil kann von einem dem be­ weglichen Permanentmagneten entgegengerichteten Permanentma­ gneten oder von einem Bauteil gebildet sein, daß von einem Elektromagneten entsprechend gepolt ist. Vorteilhafterweise sind die Permanentmagnete bei dieser Anordnung mit geeigneten Fassungen versehen oder an geeigneten Aufnahmeelementen befe­ stigt.

Um zusätzliche Bauteile und insbesondere zusätzlichen Bauraum zu vermeiden bzw. möglichst gering zu halten, wirkt die Perma­ nentmagnetanordnung vorteilhaft auf den Anker. Dabei kann ein Permanentmagnet am Anker und/oder am Elektromagneten befestigt sein. Vorteilhaft ist eine Anordnung mit einem Permanentmagne­ ten am Elektromagneten und einem gegenüberliegenden Permanent­ magneten am Anker, die abstoßend aufeinander wirken. Dabei sind die Permanentmagnete so angeordnet, daß sie der Wirkung des Elektromagneten während der Annäherung des Ankers entge­ genwirken.

Es kann jeweils eine Permanentmagnetanordnung dem in Öffnungs­ richtung wirkenden Aktuatorelement und/oder dem in Schließ­ richtung wirkenden Aktuatorelement zugeordnet werden. Die in Öffnungs- oder Schließrichtung wirkenden Permanentmagnetanord­ nungen können gleich oder unterschiedlich ausgelegt werden. Werden der Schließ- und Öffnungsrichtung jeweils eine Perma­ nentmagnetanordnung zugeordnet, kann vorteilhaft eine weitge­ hend symmetrische Einheit geschaffen werden. Der Einstellauf­ wand kann klein gehalten und es können mehrere gleiche Bautei­ le verwendet werden, beispielsweise zwei gleiche, entgegenge­ setzt wirkende Ventilfedern usw.

In einer weiteren Anordnung ist jedoch der Permanentmagnet im Bereich des Elektromagneten angeordnet und besitzt ein dem Elektromagneten entgegengerichtetes Magnetfeld, das auf den vom Elektromagneten gepolten Anker abstoßend wirkt. Der Perma­ nentmagnet kann einstückig ausgeführt und Bauteile, Bauraum und Montageaufwand können eingespart werden. Ferner ist ein sich mit dem Gaswechselventil bewegender Permanentmagnet ver­ meidbar.

Wird die erfindungsgemäße Wirkung des Permanentmagneten da­ durch erreicht, daß dieser während der Annäherungsphase des Ankers an den Elektromagneten ein dem Elektromagneten entge­ gengerichtetes Magnetfeld besitzt, das auf den vom Elektroma­ gneten gepolten Anker abstoßend wirkt, kann vorteilhaft er­ reicht werden, daß der Permanentmagnet im Bereich der Endstel­ lung bei aktiviertem Elektromagneten abstoßend auf den Anker wirkt und bei unbestromtem Elektromagneten anziehend auf den Anker wirkt.

Ist ausschließlich dem in Schließrichtung wirkenden Elektroma­ gneten ein Permanentmagnet zugeordnet oder zumindest ein stär­ kerer Permanentmagnet als dem in Öffnungsrichtung wirkenden Elektromagneten, verschiebt der Permanentmagnet das Gaswech­ selventil in Schließrichtung. Durch nur einen Permanentmagneten können die zuvor ausgeführten erfindungsgemäßen Vorteile erreicht werden, und zwar insbesondere eine große Öffnungs­ kraft zu Beginn des Öffnungshubs, und zudem kann Energie beim Start bzw. beim Anschwingen des Aktuators eingespart werden.

Ist die Anziehungskraft des Permanentmagneten stärker als die Spannkraft der in Öffnungsrichtung wirkenden Ventilfeder, kann vorteilhaft der Permanentmagnet dazu genutzt werden, das Gas­ wechselventil bei unbestromten Elektromagneten in seiner Schließstellung zu halten. Der Aktuator kann dadurch günstig ohne Anschwingroutine gestartet werden. Ferner sind im ge­ schlossenen Zustand des Gaswechselventils Ventilteller, Ven­ tilsitz und Zylinder vorteilhaft vor äußeren Einflüssen ge­ schützt, wie beispielsweise vor Kondenswasser. Die erfindungs­ gemäßen Permanentmagnetanordnungen können sowohl für lineare als auch für rotatorische Aktuatoranforderungen eingesetzt werden.

Weitere Vorteile ergeben sich aus der folgenden Zeichnungsbe­ schreibung. In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der Er­ findung dargestellt. Die Darstellungen in den Zeichnungen be­ ziehen sich beispielhaft auf lineare Aktuatoren. Sie können jedoch auf einfache Weise auf rotatorische Aktuatoren übertra­ gen werden. Die Beschreibung und die Ansprüche enthalten zahl­ reiche Merkmale in Kombination. Der Fachmann wird die Merkmale zweckmäßigerweise auch einzeln betrachten und zu sinnvollen weiteren Kombinationen zusammenfassen.

Es zeigt:

Fig. 1 einen erfindungsgemäßen Aktuator im Längsschnitt,

Fig. 2 ein Diagramm, in dem über einem Hub eines Gaswechsel­ ventils Kräfte aufgetragen sind, die auf einen Anker des Aktuators aus Fig. 1 wirken,

Fig. 3 eine Variante eines Aktuators nach Fig. 1 mit nur einem Permanentmagneten und

Fig. 4 eine schematische Darstellung einer Variante nach Fig. 1 mit axial versetzt angeordneten Permanentmagneten.

Fig. 1 zeigt einen Ausschnitt einer Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeugs mit einem in einem Kurbelgehäuse 1 geführten Hubkolben 2 und einem am Kurbelgehäuse 1 abschließenden Zylin­ derkopf 3. Im Zylinderkopf 3 ist in einem Arbeitsraum 4 ein Ventiltrieb mit einem erfindungsgemäßen elektromagnetischen Aktuator zum Betätigen eines Gaswechselventils 5 angeordnet. Der Aktuator besitzt eine elektromagnetische Einheit mit einem ersten, in Öffnungsrichtung 14 mit einer Zugkraft wirkenden Elektromagneten 6 und einem zweiten, in Schließrichtung 16 mit einer Zugkraft wirkenden Elektromagneten 7, zwischen denen ein Anker 8 koaxial verschiebbar angeordnet ist. Der Anker 8 wirkt über einen in einer Ankerschaftführung 9 geführten Ankerschaft 10 und über ein hydraulisches Spielausgleichselement 11 auf einen Ventilschaft 12, der in einer Schaftführung 13 im Zylin­ derkopf 3 geführt ist. Ferner wirkt auf den Ventilschaft 12 ein Federmechanismus mit einer oberen, in Öffnungsrichtung 14 wirkenden Ventilfeder 15 und einer unteren, in Schließrichtung 16 wirkenden Ventilfeder 17. Die in Öffnungsrichtung 14 wir­ kende Ventilfeder 15 ist auf der dem Gaswechselventil 5 abge­ wandten Seite des in Schließrichtung 16 wirkenden Elektroma­ gneten 7 angeordnet, stützt sich an einem Deckel 18 ab und wirkt über eine Federauflage 19 auf einen Federschaft 20, der über eine Schaftführung 21 im Elektromagneten 7 geführt ist und mit einer Stirnseite 22 auf eine Stirnseite 23 des Anker­ schafts 10 wirkt. Die in Schließrichtung 16 wirkende Ventilfe­ der 17 ist in einem Federraum 24 auf der dem Gaswechselventil 5 zugewandten Seite des in Öffnungsrichtung 14 wirkenden Elek­ tromagneten 6 angeordnet, stützt sich über einen Ring 25 am Zylinderkopf 3 ab und wirkt über eine Federauflage 26 in Schließrichtung 16 auf den Ventilschaft 12.

Jedem Elektromagnet 6, 7 ist ein Permanentmagnet 27a, 28a und jeder einem Elektromagneten gegenüberliegenden Seite des An­ kers 8 ist ein Permanentmagnet 27b, 28b zugeordnet. Die Perma­ nentmagnete 27a und 27b stoßen sich ab. Gleiches gilt für die Permanentmagnete 28a und 28b. Die Permanentmagnete 27a, 27b, 28a, 28b sind beispielsweise ringförmig und konzentrisch zur Längsachse des Aktuators angeordnet. Bei nicht erregten Elek­ tromagneten 6, 7 wird der Anker 8 durch die Ventilfedern 15, 17 in einer Gleichgewichtslage 47 zwischen den Polflächen der Elektromagnete 6, 7 gehalten (Fig. 2). Die Permanentmagne­ tanordnungen 27a, 27b und 28a, 28b wirken jeweils mit einer gleichen Kraft auf den Anker 8, wodurch deren Wirkungen sich gegenseitig aufheben. Um beim Start der Brennkraftmaschine den Anker 8 aus der Gleichgewichtslage 47 anzuziehen, wird entwe­ der der in Schließrichtung 16 oder der in Öffnungsrichtung 14 wirkende Elektromagnet 6, 7 kurzzeitig übererregt oder der An­ ker 8 mit einer Anschwingroutine mit seiner Resonanzfrequenz in Schwingung versetzt.

In geschlossener Stellung liegt der Anker 8 an der Polfläche des mit einer Zugkraft in Schließrichtung 16 wirkenden Elek­ tromagneten 7 an und wird von diesem gehalten. Der Elektroma­ gnet 7 spannt die in Öffnungsrichtung 14 wirkende Ventilfeder 15 weiter vor. Gleichzeitig wird dadurch die maximale, abstoßende Kraft zwischen den Permantmagneten 27a und 27b erreicht. Aufgrund des großen Luftspalts ist in dieser Stellung die Wir­ kung der Permanentmagnetanordnung 28a, 28b gering. Das Gas­ wechselventil 5 verschließt mit seinem Ventilteller 33 einen Auslaßkanal 34 an einem Ventilsitzring 35. Um das Gaswechsel­ ventil 5 zu öffnen, wird der in Schließrichtung 16 wirkende Elektromagnet 7 ausgeschaltet und der in Öffnungsrichtung 14 wirkende Elektromagnet 6 eingeschaltet. Die in Öffnungsrich­ tung 14 wirkende Ventilfeder 15 und die ebenfalls in Öffnungs­ richtung wirkende Permanentmagnetanordnung 27a, 27b beschleu­ nigen den Anker 8 über die Gleichgewichtslage 47 hinaus, so daß dieser von dem in Öffnungsrichtung 14 wirkenden Elektroma­ gneten 6 angezogen wird. Der Anker 8 schlägt auf die Polfläche des Elektromagneten 6 auf und wird von diesem gehalten. Das Gaswechselventil 5 ist geöffnet und in einem Auslaßtakt kann Abgas über den Kolben 2 in den Auslaßkanal 34 ausgeschoben werden. Um das Gaswechselventil 5 wieder zu schließen, wird der Elektromagnet 6 ausgeschaltet und der in Schließrichtung 16 wirkende Elektromagnet 7 eingeschaltet. Die in Schließrich­ tung 16 wirkende Ventilfeder 17 und die ebenfalls in Schließ­ richtung wirkende Permanentmagnetanordnung 28a, 28b beschleu­ nigen den Anker 8 über die Gleichgewichtslage 47 hinaus zum Elektromagneten 7. Der Anker 8 wird vom in Schließrichtung 16 wirkenden Elektromagneten 7 angezogen, schlägt auf die Polflä­ che des Elektromagneten 7 auf und wird von diesem gehalten.

Erfindungsgemäß wirkt die Permanentmagnetanordnung 27a, 27b im Bereich der Schließstellung 48 entgegen dem anziehenden Elek­ tromagneten 7 und die Permanentmagnetanordnung 28a, 28b im Be­ reich der Öffnungsstellung 49 entgegen dem anziehenden Elek­ tromagneten 6 jeweils abstoßend auf den Anker 8. Die Perma­ nentmagnete 27, 28 besitzt jeweils ein den Elektromagneten 6, 7 entgegengerichtetes Magnetfeld, das auf den von den Elektro­ magneten 7 gepolten Anker 8 abstoßend wirkt.

Aus Fig. 2 ist zu erkennen, daß die Permanentmagnete 27, 28 wie die Elektromagnete 6, 7 kurz vor den Endstellungen 48, 49 jeweils eine stark ansteigende Wirkung auf den Anker 8 besit­ zen. Durch die entgegengesetzten Wirkungen bzw. Kräfte 43, 44 der Permanentmagnete 27, 28 wird ein starker Anstieg der An­ ziehungskräfte 37, 38 der Elektromagnete 6, 7 ausgeglichen. Die Kräfte 43, 44 der Permanentmagnetanordnungen 27a, 27b bzw. 28a, 28b wirken jeweils im Bereich der Endstellungen 48, 49 in dieselbe Richtung wie der Federmechanismus und addieren sich mit diesen zu resultierenden, den Elektromagneten 6, 7 entge­ genwirkenden Kräften 39, 40 auf. Bereiche bzw. Strecken 36 vor den jeweiligen Endstellungen 48, 49, in denen die Anziehungs­ kräfte 37, 38 der Elektromagnete 6, 7 die entgegenwirkenden Kräfte 39, 40 übersteigen und der Anker 8 sicher gefangen wird, können groß ausgeführt und es kann die Regelbarkeit ver­ bessert werden, ohne daß die Anziehungskräfte 37, 38 im Ver­ hältnis zu den entgegenwirkenden Kräften 39, 40 in den End­ stellungen 48, 49 vergrößert werden müssen. Mit kostengünsti­ gen Ventilfedern 15, 17 mit jeweils kleinen Federsteifigkeiten und nahezu linearen Federkennlinien 41, 42 wird insbesondere zu Beginn des Öffnungshubs eine große Kraft 39 in Öffnungs­ richtung 14 und damit ein besonders sicheres Öffnen des Gas­ wechselventils 5 erreicht. Zum Vergleich sind Federkennlinien 45, 46 in Fig. 2 gestrichelt dargestellt, mit denen eine gleich große Öffnungskraft in der Endstellungen 48 erreicht werden kann. Um zu vermeiden, daß die Permanentmagnete 27a, 27b, 28a, 28b durch das Aufschlagen des Ankers 8 auf den Pol­ flächen der Elektromagnete 6, 7 verschlissen werden, sind die­ se mit einem axialen Abstand zu den Polflächen in Nuten angeordnet. Dadurch wird zusätzlich die mögliche Klebwirkung bei abgeschalteten Elektromagneten vermindert.

In Fig. 3 ist ein alternativer Aktuator mit nur einem Perma­ nentmagneten 29 dargestellt, der dem in Schließrichtung 16 wirkenden Elektromagneten 7 zugeordnet ist. Im wesentlichen gleichbleibende Bauteile sind in den dargestellten Ausfüh­ rungsbeispielen grundsätzlich mit den gleichen Bezugszeichen beziffert. Bezüglich der grundlegenden Funktionsweise kann auf die Beschreibung zu dem Ausführungsbeispiel in Fig. 1 verwie­ sen werden. Der Permanentmagnet 27 besitzt ein dem in Schließ­ richtung 16 wirkenden Elektromagneten 7 entgegengerichtetes Magnetfeld und wirkt bei aktiviertem Elektromagneten 7 absto­ ßend auf den vom Elektromagneten 7 entsprechend gepolten Anker 8 und bei unbestromten Elektromagneten 6, 7 anziehend auf den Anker 8. Bei unbestromten Elektromagneten 6, 7 wird der Anker 8 bzw. das Gaswechselventil 5 durch den Permanentmagneten 29 in seiner Schließstellung 48 gehalten.

In Fig. 4 ist schematisch ein Aktuator dargestellt, bei dem ein Permanentmagnet 30 auf Bauteile 31, 32 wirkt, die getrennt vom Anker 8 ausgeführt sind. Dargestellt ist das Beispiel ei­ ner axial zum Ankerelement versetzten Permanentmagnetanord­ nung. Die Bauteile 31, 32 werden von Permanentmagneten gebil­ det, die ortsfest, axial versetzt zu den Elektromagneten 6, 7 angeordnet sind. Der Permanentmagnet 30 ist auf dem Feder­ schaft 20 befestigt und folgt bzw. unterstützt die axiale Be­ wegung des Gaswechselventils 5 und wirkt auf die Bauteile 31 32 abstoßend. Die Bauteile 31, 32 besitzen einen größeren axialen Abstand als die Elektromagnete 6, 7, wodurch ein Auf­ schlagen und Kleben des Permanentmagneten 30 auf den Bauteilen 31, 32 und ein dadurch bedingter Verschleiß des Permanentma­ gneten 30 und der Bauteile 31, 32 vermieden wird.

Claims (7)

1. Elektromagnetischer Aktuator zur Betätigung eines Gaswech­ selventils einer Brennkraftmaschine mit einer elektromagneti­ schen Einheit, über die ein mit dem Gaswechselventil in Wirk­ verbindung stehender Anker zwischen zwei Endstellungen ver­ stellbar ist, und mit einem auf das Gaswechselventil wirkenden Federmechanismus, in dessen Gleichgewichtslage sich der Anker zwischen den Endstellungen befindet, und mit zumindest einem in wenigstens einem Bereich einer Endstellung auf das Gaswech­ selventil wirkenden Permanentmagneten, dadurch gekennzeichnet, daß der Permanentmagnet (27a, 27b, 28a, 28b, 29, 30) im Be­ reich der Endstellung (48, 49) entgegen die den Anker (8) in die Endstellung (48, 49) ziehende elektromagnetische Einheit (6, 7) wirkt.

2. Elektromagnetischer Aktuator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Permanentmagnet (30) auf zumindest ein vom Anker (8) getrenntes Bauteil (31, 32) wirkt.

3. Elektromagnetischer Aktuator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Permanentmagnet (27a, 28a, 29) auf den Anker (8) wirkt.

4. Elektromagnetischer Aktuator nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Permanentmagnet (27a, 28a, 29) bei unbestromter elek­ tromagnetischer Einheit (6, 7) anziehend auf den Anker (8) wirkt.

5. Elektromagnetischer Aktuator nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Permanentmagnet (29) bei unbestromter elektromagneti­ scher Einheit (6, 7) das Gaswechselventil (5) in Schließrich­ tung (16) verschiebt.

6. Elektromagnetischer Aktuator nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Permanentmagnet (29) bei unbestromter elektromagneti­ scher Einheit (6, 7) das Gaswechselventil (5) in seiner Schließstellung (48) hält.

7. Elektromagnetischer Aktuator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Federmechanismus zumindest in Schließrichtung (16) ab seiner Gleichgewichtslage eine progressiv ansteigende Feder­ kennlinie aufweist.