DE10003930C1 - Vorrichtung zur Betätigung eines Gaswechselventils - Google Patents

Abstract

Die Erfindung geht aus von einer Vorrichtung zur Betätigung eines Gaswechselventils mit einem elektromagnetischen Aktuator, der mit einem Übertragungsmittel mit dem Gaswechselventil in Wirkverbindung steht und eine auf eine Ankereinheit wirkende elektromagnetische Einheit aufweist, wobei die Ankereinheit und die elektromagnetische Einheit zueinander durch eine Schwenkbewegung um eine Achse zwischen zwei Endstellungen verstellbar sind, und mit einem Federmechanismus, der in einem unbestromten Zustand die Ankereinheit und die elektromagnetsiche Einheit zueinander in einer Gleichgewichtslage zwischen den Endstellungen hält. DOLLAR A Es wird vorgeschlagen, daß die elektromagnetische Einheit zumindest zwei in Schwenkrichtung hintereinander angeordnete elektromagnetsiche Elemente aufweist, die in zumindest eine Schwenkrichtung auf wenigstens zwei in Schwenkrichtung hintereinander angeordnete Ankerelemente der Ankereinheit wirken.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Betätigung eines Gaswechselventils mit einem elektromagnetischen Aktuator nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Elektromagnetische Aktuatoren zum Betätigen von Gaswechselven­ tilen besitzen gewöhnlich eine elektromagnetische Einheit mit zwei Elektromagneten, nämlich 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.

Um eine einfache mechanische Führung des Ankers zu erreichen und um den Bauraum, insbesondere in Längsrichtung oberhalb des Gaswechselventils zu reduzieren, wird in der DE 196 28 860 A1 eine gattungsbildende Vorrichtung mit einem elektromagnetischen Aktuator vorgeschlagen, der einen schwenkbaren Anker aufweist. Der Anker ist an einem Ende auf einer Drehachse ge­ lagert und ragt mit seinem freien Ende zwischen einen in Öff­ nungsrichtung und einen in Schließrichtung wirkenden Elektro­ magneten. Der Anker dient zudem als Übertragungsmittel und wirkt mit seinem freien Ende mit einer dem Öffnungsmagneten zugewandten Seitenfläche über eine Stange auf einen Ventil­ schaft eines Gaswechselventils, das durch eine erste Ventilfe­ der über einen Federteller in Schließrichtung belastet ist. Ferner wirkt der Anker mit einer dem Schließmagneten zugewand­ ten Seitenfläche auf einen Stößel, der durch eine zweite Ven­ tilfeder über eine Federauflage in Öffnungsrichtung des Gas­ wechselventils belastet ist. Der Angriffspunkt des in Öff­ nungsrichtung belasteten Stößels liegt in Längsrichtung des Ankers zwischen der Drehachse des Ankers und dem Ankerende.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine gattungsbilden­ de Vorrichtung weiterzuentwickeln und insbesondere deren Wir­ kungsgrad zu steigern, die aufbringbaren Stellkräfte zu erhö­ hen, deren erforderlichen Bauraum zu reduzieren und die kon­ struktiven Gestaltungsmöglichkeiten zu deren räumlichen Anord­ nung im Zylinderkopf zu verbessern.

Die Aufgabe wird gemäß der Erfindung durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Weitere Ausge­ staltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Vorteile der Erfindung liegen in einer Reduzierung der Einflüsse durch Reibung, Nichtlinearitä­ ten von Federmechanismen und mechanischen Toleranzen im Ver­ gleich zu herkömmlichen Aktuatoren. Dadurch können auch der Steuerungsaufwand zur Parametrisierung und Konfiguration der Steuerung reduziert werden.

Die Erfindung geht aus von einer Vorrichtung zur Betätigung eines Gaswechselventils mit einem elektromagnetischen Aktua­ tor, der mit einem Übertragungsmittel mit dem Gaswechselventil in Wirkverbindung steht und eine auf eine Ankereinheit wirken­ de elektromagnetische Einheit aufweist, wobei die Ankereinheit und die elektromagnetische Einheit zueinander durch eine Schwenkbewegung um eine Achse zwischen zwei Endstellungen ver­ stellbar sind, und mit einem Federmechanismus, der in einem unbestromten Zustand die Ankereinheit und die elektromagneti­ sche Einheit zueinander in einer Gleichgewichtslage zwischen den Endstellungen hält.

Es wird vorgeschlagen, daß die elektromagnetische Einheit zu­ mindest zwei in Schwenkrichtung hintereinander angeordnete elektromagnetische Elemente aufweist, die in zumindest eine Schwenkrichtung auf wenigstens zwei in Schwenkrichtung hinter­ einander angeordnete Ankerelemente der Ankereinheit wirken. Die Wirkungen der elektromagnetischen Elemente addieren sich, wodurch bei einem hohen Wirkungsgrad und bei einem klein bau­ enden Aktuator eine große Stellkraft auf das Gaswechselventil erreicht werden kann. Ferner können Elektromagnete mit kleinen Abmessungen und Massen verwendet werden, die ein schnelles An­ sprechverhalten besitzen und über die vorteilhaft in das Flug­ verhalten eines Ankers zwischen den Endstellungen eingegriffen werden kann.

Vorteilhaft kommen die Ankerelemente in den Endstellungen mit Ankerflächen auf Polflächen der elektromagnetischen Elemente zum Liegen und die elektromagnetischen Elemente wirken über die Schwenkbewegung im Wesentlichen mit einer parallel zur Schwenkrichtung verlaufenden Stellkraft auf die Ankerelemente.

Ferner können neben mehreren elektromagnetischen Elementen und Ankerelementen hintereinander in Schwenkrichtung zumindest zwei elektromagnetische Elemente und zumindest zwei Ankerele­ mente hintereinander in axialer Richtung der Schwenkachse angeordnet werden. Es kann dadurch wiederum ein Aufaddieren der Wirkungen mehrerer, zu einem Aktuator kompakt zusammenführba­ rer Einheiten erreicht werden.

Weiter wird vorgeschlagen, daß zumindest teilweise entlang ei­ nem Verstellwinkel zwischen den Endstellungen ein Bauteil an­ geordnet ist, das als Rückschlußjoch einen magnetischen Fluß schließt, der zwischen den elektromagnetischen Elementen und dem zugehörigen Ankerelement geführt wird. Das Bauteil besitzt einen möglichst kleinen Abstand zu den Ankerelementen, wodurch der magnetische Widerstand im magnetischen Kreis für den ma­ gnetischen Fluß besonders gering gehalten und eine hohe Kraft­ wirkung erreicht werden kann. Um möglichst über den gesamten Verstellwinkel einen besonders kleinen und konstanten Luftspalt im Bereich des Rückschlusses realisieren zu können, besitzt das Bauteil vorteilhaft zur Ankereinheit eine gekrümm­ te Oberfläche. Um den zusätzlichen Luftspalt im magnetischen Kreis klein zu halten ist es insbesondere vorteilhaft, die Krümmung der Oberfläche so zu wählen, daß der Luftspalt zwi­ schen Ankerelement und dem Bauteil (Rückschlußjoch) über die Ausdehnung des Ankerelements konstant ist. Das Bauteil kann von einem separaten Teil, das mit den elektromagnetischen Ele­ menten verbunden ist, gebildet werden, oder es kann einstückig mit einem Kern ei­ ner elektromagnetischen Einheit ausgeführt sein, wodurch zu­ sätzliche Bauteile, Montageaufwand und Kosten eingespart wer­ den können. Bei entsprechender Ausführung des Elektromagneten kann das den Rückschluß bildende Bauteil auch entfallen. Der magnetische Fluß schließt sich dann ausschließlich über den Anker und den Elektromagneten.

Vorteilhaft sind die in die erste Schwenkrichtung wirkenden elektromagnetischen Elemente getrennt von den in die zweite Schwenkrichtung wirkenden elektromagnetischen Elementen ausgeführt. Die elektromagnetischen Elemente können dadurch beson­ ders flexibel angesteuert werden, beispielsweise zeitlich überschneidend. Um Bauteile und Gewicht einzusparen, könnte es jedoch auch sinnvoll sein, daß mindestens ein elektromagne­ tisches Element in beide Schwenkrichtungen wirkt.

Um vorhandenen Bauraum vorteilhaft nutzen zu können und um möglicherweise in die eine Schwenkrichtung eine größere Stell­ kraft zu erreichen als in die andere Schwenkrichtung, und zwar insbesondere in die Schwenkrichtung, über die das Gaswechsel­ ventil in Öffnungsrichtung gegen einen Gasdruck in einem Zy­ linder verstellt wird, kann eine asymmetrische Anordnung und/oder Dimensionierung der elektromagnetischen Elemente und/oder der Ankerelemente sinnvoll sein. Es können beispiels­ weise in die eine Schwenkrichtung mehr elektromagnetische Ele­ mente wirken als in die andere Schwenkrichtung. Sind die elek­ tromagnetischen Elemente über einen Winkel von 360° symme­ trisch angeordnet, können jedoch durch die Symmetrie Bauteile eingespart werden, beispielsweise können für beide Schwenkrichtungen gleiche elektromagnetische Elemente und/oder gleiche Federn für den Federmechanismus verwendet werden usw. Abhängig von der Flußführung können dadurch zusätzlich radiale Kräfte gegenseitig aufgehoben werden.

Neben einer passiven Ausführung der Ankereinheit (ohne Spule) wird vorgeschlagen, daß die Ankereinheit zumindest eine be­ strombare Spule aufweist. Es kann der Bauraum der Ankereinheit für eine weitere Spule genutzt und dadurch der erforderliche Bauraum insgesamt bei einer großen erreichbaren Stellkraft re­ duziert werden. Durch die Spule in der Ankereinheit kann zudem eine durch die elektromagnetische Einheit hervorgerufene Rema­ nenzinduktion in einem Ankerelement schnell aufgehoben und da­ durch das Zeitverhalten des Umschwingvorgangs verbessert werden. Ungewünschte Anziehungskräfte eines Ankerelements an ei­ nen Kern eines elektromagnetischen Elements können vermieden werden. Die elektromagnetische Einheit, Ankereinheit und das Rückschlußjoch können geblecht oder ungeblecht ausgeführt wer­ den. Zur Optimierung des magnetischen Kreises, der Stellbewe­ gung und der Befestigung kann die Formgebung/Geometrie der Ak­ tuatorelemente, insbesondere die der elektromagnetischen Ele­ mente und der Ankerelemente beliebig gewählt werden.

Grundsätzlich kann die Ankereinheit und/oder die elektromagne­ tische Einheit schwenkbar ausgeführt werden. Die schwenkbaren Einheiten besitzen eine gemeinsame Schwenkachse. Da in der Re­ gel die Ankereinheit eine geringere Masse besitzt, wird diese bevorzugt als rotierendes Teil ausgeführt. Bei einer schwenk­ baren Ankereinheit mit Spule wird vorteilhaft eine elektrische Versorgungsleitung im Bereich einer Schwenkachse der Ankerein­ heit zu der Spule der Ankereinheit geführt. Im Bereich der Schwenkachse tritt eine kleine Relativbewegung zu angrenzenden Bauteilen auf, die vorteilhaft durch eine elastische Versor­ gungsleitung kompensiert werden kann, beispielsweise durch ei­ ne flexible, spiralförmige Versorgungsleitung.

In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung wird vorgeschla­ gen, daß zumindest zwei Spulen parallel oder in Reihe geschal­ tet sind, beispielsweise Spulen mehrerer gleichwirkender elek­ tromagnetischer Elemente und/oder Spulen gleichwirkender An­ kerelemente. Zusätzliche Anschlüsse, Leitungen, Steuerungsauf­ wand, Montageaufwand und Kosten können eingespart werden.

Die elektromagnetischen Elemente können im radial äußeren Be­ reich der Ankerelemente an einem Träger befestigt oder mit ei­ nem Aktuatorgehäuse zumindest teilweise einstückig ausgeführt werden. Bei dieser Anordnung kann auch das Bauteil für den magnetischen Rückschluß im radial äußeren Bereich der Ankerele­ mente angeordnet sein. Das Bauteil kann an einem Träger befe­ stigt oder mit einem Aktuatorgehäuse und/oder mit einer elek­ tromagnetischen Einheit zumindest teilweise einstückig ausge­ führt werden. Ferner können die elektromagnetischen Elemente mit einem sich in radialer Richtung erstreckenden Schenkel und einem sich am radial äußeren Bereich des radialen Schenkels in axialer Richtung erstreckenden Schenkel ausgeführt sein. Bei dieser Anordnung kann auf einen Träger oder ein Aktuatorge­ häuse (am äußeren Umfang) verzichtet werden. Der magnetische Fluß kann bei dieser Anordnung im Bereich der Schwenkach­ se/Welle geschlossen werden. Besonders vorteilhaft ist dabei eine axiale Flußführung zwischen elektromagnetischen Elementen und Ankerelement, da dadurch ein sehr kleiner Luftspalt, der zu­ sätzlich zum Stellweg wirksam ist, erzielt werden kann. Zwi­ schen den sich in axialer Richtung erstreckenden Schenkeln können Ankerelemente vorteilhaft angeordnet werden und die elektromagnetischen Elemente können zudem zur Lagerung einer mit den Ankerelementen verbundenen Welle genutzt werden.

Sind eine oder mehrere Federn des Federmechanismus im Kraft­ fluß des Aktuators vor dem Übertragungsmittel angeordnet, so werden diese vorteilhaft in einer von den elektromagnetischen Elementen getrennten axialen Ebene angeordnet. Es können da­ durch besonders konstruktiv einfache und kostengünstige Lösun­ gen erreicht werden. Neben Federn eines Federmechanismus kön­ nen weitere Bauteile des Aktuators in einer von den elektroma­ gnetischen Elementen getrennten Ebene angeordnet werden, bei­ spielsweise auf die Ankerelemente und/oder auf die elektroma­ gnetischen Elemente wirkende Permanentmagnete usw. Insbesonde­ re wird eine Anordnung von Permanentmagneten vorgeschlagen, die eine Kraftwirkung entsprechend dem eingesetzten Federme­ chanismus bewirkt. Diese Anordnung besteht aus einem Paar gegenüberliegender Einzelmagnete mit entgegengesetzter Polung, von denen einer mit dem ruhenden und einer mit dem rotierenden Teil des Aktuators verbunden ist. Die Kraftwirkungen des Fe­ dermechanismus und der Permanentmagnetanordnung addieren sich. Dadurch kann der Federmechanismus geringer dimensioniert wer­ den und durch den geänderten Verlauf der Gegenkraft für die elektromagnetischen Elemente über den Stellweg können das Fangverhalten und die Flugregelung für das Ankerelement ver­ bessert werden.

Ist der gesamte Federmechanismus im Kraftfluß des Aktuators vor dem Übertragungsmittel angeordnet, kann vorteilhaft ge­ meinsam mit den elektromagnetischen Elementen und den An­ kerelementen ein in sich geschlossenes, kompaktes Modul ge­ schaffen werden, das separat gefertigt und auf seine Funktion überprüft werden kann. Dabei können verschiedene, dem Fachmann als sinnvoll erscheinende Federn verwendet werden, wie Schrau­ benfedern oder vorteilhaft platzsparende Torsionsfedern und/oder Spiralfedern usw. Es können jedoch auch einzelne Fe­ dern oder sämtliche Federn des Federmechanismus im Kraftfluß des Aktuators nach dem Übertragungsmittel angeordnet sein. Ist zumindest eine in Schließrichtung auf das Gaswechselventil wirkende Feder des Federmechanismus im Kraftfluß des Aktuators nach dem Übertragungsmittel angeordnet, kann konstruktiv ein­ fach eine Restschließkraft auf das Gaswechselventil sicherge­ stellt werden. Ferner können nach dem Übertragungsmittel Stan­ dardventilfedern von bekannten ausgereiften elektromagneti­ schen Aktuatoren verwendet werden.

Das Übertragungsmittel kann von verschiedenen, dem Fachmann als sinnvoll erscheinenden Bauteilen gebildet sein, beispiels­ weise von einem Ankerelement, das indirekt über ein Gestänge oder direkt auf einen Stößel oder einen Ventilschaft wirkt usw. In einer Ausgestaltung der Erfindung wird jedoch vorge­ schlagen, daß das Übertragungsmittel von einer Welle gebildet ist, die mit einem die Rotationsbewegung in eine translatori­ sche Bewegung übersetzenden Getriebe verbunden ist. Die Stell­ kraft des Aktuators mit einer schwenkbaren elektromagnetischen Einheit und/oder mit einer schwenkbaren Ankereinheit kann vor­ teilhaft mit einer Welle übertragen werden, die gleichzeitig zur Lagerung der schwenkbaren Einheit genutzt werden kann. Durch ein zusätzliches Getriebe kann der Aktuator besonders flexibel angeordnet werden. Vorhandener Bauraum kann vorteil­ haft ausgenutzt und zusätzlicher Bauraum kann eingespart wer­ den. Ferner kann bei einer Übersetzung ungleich eins mit einer kleinen, mit einem großen Drehmoment und einem hohen Wirkungs­ grad realisierbaren Schwenkbewegung der Ankereinheit und/oder der elektromagnetischen Einheit über das Getriebe eine ausrei­ chend große Stellbewegung mit der erforderlichen Stellkraft für das Gaswechselventil erreicht werden. Das Getriebe kann durch verschiedene, dem Fachmann als sinnvoll erscheinende Bauformen realisiert werden, wie beispielsweise über ein Ge­ triebe mit einem Zahnrad und einer Zahnstange, mit einem Noc­ ken, mit einem Kurbelgestänge usw.

Weitere Vorteile ergeben sich aus der folgenden Zeichnungsbe­ schreibung. In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der Er­ findung dargestellt. Die Beschreibung und die Ansprüche ent­ halten zahlreiche Merkmale in Kombination. Der Fachmann wird die Merkmale zweckmäßigerweise auch einzeln betrachten und zu sinnvollen weiteren Kombinationen zusammenfassen.

Es zeigt:

Fig. 1 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung,

Fig. 2 einen Schnitt entlang der Linie II-II in Fig. 1,

Fig. 3 einen Schnitt entlang der Linie III-III in Fig. 2,

Fig. 4 eine Variante nach Fig. 1,

Fig. 5 eine Variante nach Fig. 2 mit zwei Spiralfedern,

Fig. 6 einen Schnitt entlang der Linie VI-VI in Fig. 5,

Fig. 7 einen Ausschnitt einer Variante nach Fig. 5 mit einem abgewinkelten elektromagnetischen Element,

Fig. 8 eine Variante nach Fig. 1 mit einem Kurbelgetriebe,

Fig. 9 eine Variante nach Fig. 1 mit einer Nockenwelle und

Fig. 10 eine Variante nach Fig. 1 mit einem Zahnrad und einer Zahnstange.

Fig. 1 zeigt eine schematische Darstellung einer erfindungsge­ mäßen Vorrichtung zur Betätigung eines Gaswechselventils 66 einer nicht näher dargestellten Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeugs. Der Aktuator 74 besitzt eine elektromagneti­ sche Einheit 10, die auf eine um eine Achse 47 schwenkbare An­ kereinheit 12 wirkt (Fig. 2 und 3). Erfindungsgemäß besitzt die elektromagnetische Einheit 10 in einer ersten Ebene sechs in Schwenkrichtung 14, 15 über 360° symmetrisch hintereinander angeordnete elektromagnetische Elemente 16, 17, 18, 19, 20, 21. Ferner sind in zwei weiteren Ebenen (zweite und dritte Ebene) deckungsgleich mit den elektromagnetischen Elementen 16, 17, 18, 19, 20, 21 (in der ersten Ebene; Fig. 3) der elektromagnetischen Ein­ heit 10 jeweils weitere sechs elektroma­ gnetische Elemente angeordnet, wovon in Fig. 2 pro Ebene von den jeweils sechs elektromagnetischen Elementen nur jeweils 2 Elemente 22 und 24 (zweite Ebene) sowie 23 und 25 (dritte Ebe­ ne) sichtbar sind. Die elektromagnetischen Elemente 16, 17, 18, 19, 20, 21, 22, 23, 24, 25 wirken in jeder Ebene jeweils auf drei in Schwenkrichtung 14, 15 hintereinander angeordnete Ankerelemente 26, 27 und 28 (Fig. 3 - erste Ebene) sowie 29, 30, 31 und 32 (Fig. 2), wovon wiederum in der Fig. 2 pro Ebene von den jeweils drei Ankerelementen nur jeweils zwei Ankerele­ mente 29 und 31 (zweite Ebene) sowie 30 und 32 (dritte Ebene) sichtbar sind. Die Ankerelemente 26, 27, 28, 29, 30, 31, 32 kommen in den Endstellungen mit Ankerflächen auf Polflächen der elektromagnetischen Elemente 16, 17, 18, 19, 20, 21, 22, 23, 24, 25 zum Liegen. Die elektromagnetischen Elemente 16, 17, 18, 19, 20, 21, 22, 23, 24, 25 wirken über den Bereich der Schwenkbewegung im Wesentlichen mit einem parallel zur Schwenkrichtung 14, 15 verlaufenden Stellmoment 37 auf die An­ kerelemente 26, 27, 28, 29, 30, 31, 32 (Fig. 3). Die Summe der Stellmomente erzeugt das Stellmoment 37 um die Schwenkachse 47. Dabei wird der magnetische Fluß 40 über ein elektromagne­ tisches Element, ein Ankerelement und das unter anderem als Rückschluß wirkende Bauteil 41 geschlossen.

Entlang einem Verstellwinkel 39 zwischen den Endstellungen ist im radial äußeren Bereich der Ankerelemente 26, 27, 28, 29, 30, 31, 32 ein Bauteil 41 angeordnet, das einen magnetischen Fluß 40 zwischen den Ankerelementen 26, 27, 28, 29, 30, 31, 32 und den elektromagnetischen Elementen 16, 17, 18, 19, 20, 21, 22, 23, 24, 25 führt. Das Bauteil 41 wird von einem Gehäuse des Aktuators 74 gebildet, an dem die elektromagnetischen Ele­ mente 16, 17, 18, 19, 20, 21, 22, 23, 24, 25 befestigt sind und in dem die Ankerelemente 26, 27, 28, 29, 30, 31, 32 über ein als Welle ausgeführtes Übertragungsmittel 62 gelagert sind. Das Bauteil 41 besitzt zu den Ankerelementen 26, 27, 28, 29, 30, 31, 32 eine gekrümmte Oberfläche 42 und einen kleinen Luftspalt 81, so daß ein geringer magnetischer Widerstand hinsichtlich des magnetischen Flusses 40 und ein hoher Wirkungs­ grad erreicht wird.

Die in die erste Schwenkrichtung 14 wirkenden elektromagneti­ schen Elemente 16, 18, 20, 22, 23 sind getrennt von den in die zweite Schwenkrichtung 15 wirkenden elektromagnetischen Ele­ mente 17, 19, 21, 24, 25 ausgeführt, wodurch beispielsweise die in die Schwenkrichtung 15 wirkenden elektromagnetischen Elementen 17, 19, 21, 24, 25 bestromt werden können, bevor die in die Schwenkrichtung 14 wirkenden elektromagnetischen Ele­ mente 16, 18, 20, 22, 23 abgeschaltet werden.

Neben Spulen 48, 49, 50, 51, 52, 53 in den elektromagnetischen Elementen 16, 17, 18, 19, 20, 21, 22, 23, 24, 25 können in den Ankerelementen 26, 27, 28, 29, 30, 31, 32 Spulen 43, 44, 45 angeordnet sein, die das Stellmoment 37 verstärken. Im Bereich der Schwenkachse 47 ist eine spiralförmige elektrische Versor­ gungsleitung 46 zu den Spulen 43, 44, 45 geführt.

Die Spulen 43, 44, 45 der Ankerelemente 26, 27, 28, 29, 30, 31, 32 und jeweils die in die gleiche Richtung wirkenden Spu­ len 48, 49, 50 und 51, 52, 53 der elektromagnetischen Elemente 16, 17, 18, 19, 20, 21, 22, 23, 24, 25 können parallel oder in Reihe geschaltet werden, wodurch zusätzliche Leitungen einge­ spart werden können.

Der Aktuator 74 ist mit dem als Welle ausgeführten Übertra­ gungsmittel 62 über ein Getriebe 70 und einen Stößel 75 mit einem Ventilschaft 76 des Gaswechselventils 66 verbunden. Das Getriebe 70 besitzt einen mit dem Übertragungsmittel 62 dreh­ fest verbundenen Hebel 82, der an seinem freien Ende eine Aus­ nehmung 83 aufweist, in die ein am Stößel 75 befestigter Bol­ zen 84 eingreift. Über den Hebel 82 kann die Rotationsbewegung des Übertragungsmittels 62 in eine translatorische Bewegung umgesetzt werden. Der Bolzen 84 am Stößel 75 wird dabei in der Ausnehmung 83 in Längsrichtung des Hebels 82 geführt.

Das Gaswechselventil 66 ist mit seinem Ventilschaft 76 über ein Gleitlager 77 in einem Zylinderkopf 78 der Brennkraftma­ schine gelagert. Der Stößel 75 ist über ein Gleitlager 79 in einem Deckel 80 gelagert. Im Kraftfluß des Aktuators 74 nach dem Übertragungsmittel 62 ist ein Federmechanismus 68 angeord­ net. Der Federmechanismus 68 besitzt eine über einen Federtel­ ler 85 auf den Ventilschaft 76 in Schließrichtung 65 wirkende Ventilfeder 67 und eine über einen Federteller 86 auf den Stö­ ßel 75 in Öffnungsrichtung 87 wirkende Ventilfeder 88. Die Ventilfedern 67, 88 halten bei unbestromtem Aktuator 74 die Ankereinheit 12 in einer Gleichgewichtslage zwischen den End­ stellungen.

In der dargestellten Schließstellung des Gaswechselventils 66 sind die Spulen 43, 44, 45 der Ankerelemente 26, 27, 28, 29, 30, 31, 32 wahlweise zusätzlich zu den Spulen 48, 49, 50 der elektromagnetischen Elemente 16, 18, 20, 22, 23 aktiviert bzw. bestromt. Zum Öffnen des Gaswechselventils 66 werden die Spu­ len 43, 44, 45, 48, 49, 50 abgeschaltet oder kurzzeitig umge­ schaltet. Die Ventilfeder 88 beschleunigt über den Stößel 75, über den Hebel 82 und über das Übertragungsmittel 62 die An­ kereinheit 12 über die Gleichgewichtslage hinaus. Die Spulen 43, 44, 45 der Ankerelemente 26, 27, 28, 29, 30, 31, 32 werden wahlweise zusätzlich zu den Spulen 51, 52, 53 der in Schwenkrichtung 15 wirkenden elektromagnetischen Elemente 17, 19, 21, 24, 25 bestromt. Die Ankereinheit 12 wird von der elektromagnetischen Einheit 10 angezogen, die Ankerelemente 26, 27, 28, 29, 30, 31, 32 treffen mit ihren Ankerflächen auf Polflächen der elektromagnetischen Elemente 17, 19, 21, 24, 25 auf und werden von diesen gehalten.

Zum Schließen des Gaswechselventils 66 werden die Spulen 43, 44, 45, 51, 52, 53 abgeschaltet oder kurzzeitig umgeschaltet. Die Ventilfeder 67 beschleunigt über den Stößel 75, über den Hebel 82 und über das Übertragungsmittel 62 die Ankereinheit 12 über die Gleichgewichtslage hinaus. Die Spulen 43, 44, 45 der Ankerelemente 26, 27, 28, 29, 30, 31, 32 können Spulen 48, 49, 50 der in Schwenkrichtung 14 wirkenden elektromagnetischen Elemente 16, 18, 20, 22, 23 bestromt werden. Die Ankereinheit 12 wird von der elektromagnetischen Einheit 10 angezogen, die Ankerelemente 26, 27, 28, 29, 30, 31, 32 treffen mit ihren Ankerflächen auf Polflächen der elektromagnetischen Elemente 16, 18, 20, 22, 23 auf und werden von diesen gehalten.

In Fig. 4 ist eine Variante zu dem in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel mit einem Aktuator 89 dargestellt, bei dem eine in Öffnungsrichtung 87 wirkende, nicht näher dargestellte Feder eines Federmechanismus 69 im Aktuator 89 eingebaut ist. Im Wesentlichen gleichbleibende Bauteile sind in den darge­ stellten Ausführungsbeispielen grundsätzlich mit den gleichen Bezugszeichen beziffert.

Bei einem Ausführungsbeispiel in Fig. 5 und 6 ist ein Aktuator 90 dargestellt, bei dem ein Federmechanismus 61 im Kraftfluß des Aktuators 90 vor dem Übertragungsmittel 62 angeordnet ist. Der Federmechanismus 61 besitzt zwei Spiralfedern 59, 60, die in von den elektromagnetischen Elementen 16, 17, 18, 19, 20, 21, 22, 23, 24, 25 getrennten axialen Ebenen 63, 64 angeordnet sind. Die Spiralfedern 59, 60 sind jeweils an dem Bauteil 41 und am Übertragungsmittel 62 befestigt und sind entgegenge­ setzt vorgespannt.

In Fig. 7 ist ein Ausschnitt einer elektromagnetischen Einheit 11 dargestellt. Die elektromagnetische Einheit 11 besitzt elektromagnetische Elemente 33, 34, die in radialer Richtung 54 erstreckende Schenkel 55, 56 und sich am radial äußeren Be­ reich der radialen Schenkel 55, 56 in axialer Richtung 38 er­ streckende Schenkel 57, 58 aufweisen. Zwischen den sich in axialer Richtung 38 erstreckenden Schenkeln 57, 58 ist eine Ankereinheit 13 mit Ankerelementen 35, 36 angeordnet, die drehfest auf einem als Welle ausgeführten Übertragungsmittel 62 befestigt sind. Das Übertragungsmittel 62 ist in den radia­ len Schenkeln 55, 56 drehbar gelagert.

In den Fig. 8, 9 und 10 sind Vorrichtungen mit alternativen Getrieben 71, 72, 73 dargestellt, die mit einem von einer Wel­ le gebildeten Übertragungsmittel 62 verbunden sind und die Ro­ tationsbewegung in eine translatorische Bewegung übersetzen. Beim Getriebe 71 wird eine Rotationsbewegung des Übertragungs­ mittels 62 eines nicht näher dargestellten Aktuators über Kur­ belstangen 91, 92 in eine translatorische Bewegung umgewan­ delt. Beim Getriebe 72 wird eine Rotationsbewegung des Über­ tragungsmittels 62 eines Aktuators 74 über einen Nocken 93 in eine translatorische Bewegung umgewandelt, der über einen He­ belarm 94 und über einen Stößel 75 auf einen Ventilschaft 76 eines Gaswechselventils 66 wirkt. Der Hebelarm 94 ist in einer Lagerstelle 97 zwischen dem Aktuator 74 und dem Gaswechselven­ til 66 schwenkbar gelagert. Beim Getriebe 73 in Fig. 10 ist das Übertragungsmittel 62 eines nicht näher dargestellten Ak­ tuators drehfest mit einem Zahnrad 96 verbunden, das in einem als Zahnstange ausgeführten Stößel 95 kämmt, der auf einen Ventilschaft 76 eines Gaswechselventils 66 wirkt.

Claims (15)

1. Vorrichtung zur Betätigung eines Gaswechselventils (66) mit ei­ nem elektromagnetischen Aktuator (74), der mit einem Übertragungs­ mittel (62) mit dem Gaswechselventil (66) in Wirkverbindung steht und eine auf eine Ankereinheit (12) wirkende elektromagnetische Einheit (10) aufweist, wobei die Ankereinheit (12) und die elektromagnetische Einheit (10) zueinander durch eine Schwenkbewegung (14, 15) um eine Achse (47) zwischen zwei Endstellungen verstellbar sind, und mit einem Federmechanismus (68), der in einem unbestromten Zustand die An­ kereinheit (12) und die elektromagnetische Einheit (10) zueinander in einer Gleichgewichtslage zwischen den Endstellungen hält, dadurch gekennzeichnet, daß die elektromagnetische Einheit (10, 11) zumindest zwei in Schwenkrichtung (14, 15) hintereinander angeordnete elektroma­ gnetische Elemente (16, 17, 18, 19, 20, 21, 22, 23, 24, 25, 33, 34) aufweist, die in zumindest eine Schwenkrichtung (14, 15) auf wenigstens zwei in Schwenkrichtung (14, 15) hinterein­ ander angeordnete Ankerelemente (26, 27, 28, 29, 30, 31, 32, 35, 36) der Ankereinheit (12, 13) wirken.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ankerelemente (26, 27, 28, 29, 30, 31, 32, 35, 36) in den Endstellungen mit Ankerflächen auf Polflächen der elektro­ magnetischen Elemente (16, 17, 18, 19, 20, 21, 22, 23, 24, 25, 33, 34) zum Liegen kommen und die elektromagnetischen Elemente (16, 17, 18, 19, 20, 21, 22, 23, 24, 25, 33, 34) über die Schwenkbewegung im Wesentlichen mit einem parallel zur Schwenkrichtung (14, 15) verlaufenden Stellmoment (37) auf die Ankerelemente (26, 27, 28, 29, 30, 31, 32, 35, 36) wirken.

3. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in axialer Richtung (38) einer Schwenkachse (47) zumindest zwei elektromagnetische Elemente (16, 17, 18, 19, 20, 21, 22, 23, 24, 25, 33, 34) und zumindest zwei Ankerelemente (26, 27, 28, 29, 30, 31, 32, 35, 36) hintereinander angeordnet sind.

4. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest teilweise entlang einem Verstellwinkel (39) zwi­ schen den Endstellungen von Ankereinheit (12) und elektromagnetischer Einheit (10) ein Bauteil (41) angeordnet ist, das einen magnetischen Fluß (40) zwischen den elektromagnetischen Elementen (16, 17, 18, 19, 20, 21, 22, 23, 24, 25, 33, 34) und den Ankerelementen (26, 27, 28, 29, 30, 31, 32, 35, 36) führt.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das den magnetischen Fluß (40) führende Bauteil (41) zur Ankereinheit (12, 13) eine gekrümmte Oberfläche (42) aufweist.

6. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die in die erste Schwenkrichtung (14) wirkenden elektroma­ gnetischen Elemente (16, 18, 20, 22, 23, 33) getrennt von den in die zweite Schwenkrichtung (15) wirkenden elektromagneti­ schen Elementen (17, 19, 21, 24, 25, 34) ausgeführt sind.

7. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die elektromagnetischen Elemente (16, 17, 18, 19, 20, 21, 22, 23, 24, 25, 33, 34) über einen Winkel von 360° symmetrisch angeordnet sind.

8. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Ankereinheit (12, 13) zumindest eine bestrombare Spule (43, 44, 45) aufweist.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß bei der schwenkbaren Ankereinheit (12, 13) zumindest ei­ ne elektrische Versorgungsleitung (46) im Bereich einer Schwenkachse (47) der Ankereinheit (12, 13) zu der Spule (43, 44, 45) geführt ist.

10. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest zwei Spulen (43, 44, 45, 48, 49, 50, 51, 52, 53) parallel oder in Reihe geschaltet sind.

11. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest ein elektromagnetisches Element (33, 34) einen sich in radialer Richtung (54) erstreckenden Schenkel (55, 56) und einen sich am radial äußeren Bereich des radialen Schen­ kels (55, 56) in axialer Richtung (38) erstreckenden Schenkel (57, 58) aufweist.

12. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest eine Feder (59, 60) des Federmechanismus (61) im Kraftfluß des Aktuators (90) vor dem Übertragungsmittel (62) in einer von den elektromagnetischen Elementen (16, 17, 18, 19, 20, 21, 22, 23, 24, 25) getrennten axialen Ebene (63, 64) angeordnet ist.

13. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Federmechanismus (61, 68) im Kraftfluß des Aktuators (74, 90) vor dem Übertragungsmittel (62) angeordnet ist.

14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest eine in Schließrichtung (65) auf das Gaswechsel­ ventil (66) wirkende Feder (67) des Federmechanismus (68, 69) im Kraftfluß des Aktuators (74, 89) nach dem Übertragungsmit­ tel (62) angeordnet ist.

15. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Übertragungsmittel (62) von einer Welle gebildet ist, die mit einem die Rotationsbewegung in eine translatorische Bewegung übersetzenden Getriebe (70, 71, 72, 73) verbunden ist.