DE10261633A1 - Elektromagnetischer Aktuator für Motorventile - Google Patents

Abstract

Eine Vorrichtung zur Steuerung eines elektromagnetischen Aktuators mit einer Aktuatorspule (36) weist auf: einen Eingang, der für eine Verbindung mit einer Niederspannungsquelle (37) ausgelegt ist, einen Ausgang, der ausgelegt ist für eine Verbindung mit einer Aktuatorspule (36), einen Ladepfad, der zwischen dem Eingang und dem Ausgang angeschlossen ist und der einen selektiv schaltbaren Schalter (Q1) aufweist, der zwischen dem Ausgang und der Schaltungsmasse angeschlossen ist, wobei dann, wenn der Eingang mit einer Niederspannungsquelle (37) verbunden ist und der Ausgang mit der Aktuatorspule (36) verbunden ist, bei Einschalten des Schalters (Q1) die Induktivität der Aktuatorspule (36) mit einem Strom aufgeladen wird, der von der Niederspannungsquelle (37) über den Ladepfad läuft, und einen Entladepfad, der einen Kondensator aufweist, welcher zwischen dem Eingang und einem Verbindungspunkt des Ausgangs und des Schalters (Q1) angeschlossen ist, wobei dieser Schalter (Q1), wenn er ausgeschaltet wird, die Induktivität der Aktuatorspule (36) in den Kondensator (C1) und über den Entladepfad entlädt.

Description

• Die Erfindung bezieht sich allgemein auf einen elektromagnetischen Aktuator bzw. eine Betätigungseinheit und im speziellen auf eine Steuervorrichtung für Motorventile.
• Eine Form bekannter elektromagnetischer Aktuatoren hat eine Armatur, die sich entlang einer linearen Bewegungsstrecke zwischen zwei elektromagnetischen Kernen hin und her bewegt. Die Armatur arbeitet als ein antreibendes Teil und wird gegen die Kraft von zwei Federn angetrieben, welche an unterschiedlichen Seiten der Armatur vorgesehen sind. Im nicht angetriebenen Zustand befindet sich die Armatur aufgrund der gegenläufig wirkenden Federn auf halbem Wege zwischen den beiden Kernen.
• Elektromagnetische Aktuatoren des oben beschriebenen Typs werden beispielsweise benutzt, um die Ventile des Zylinders einer Brennkraftmaschine zu betätigen. Jedes Ventil wird durch die Armatur des zugehörigen elektromagnetischen Aktuators betätigt. Die Armatur, die aufgrund der Stellkräfte der rückstellenden Federn ihre Ruheposition zwischen den beiden Elektromagneten einnimmt, wird alternierend angezogen von dem einen oder dem anderen Elektromagneten und dem zufolge wird das Ventil in einem geschlossenen Zustand oder in einer offenen Position gehalten. Wenn das Ventil betätigt werden soll, um beispielsweise von der Schließposition in die geöffnete Position überzugehen, wird der durch den Elektromagneten, welcher als Schließmagnet eingesetzt ist, fließende Haltestrom unterbrochen. Dies führt dazu, dass die Haltekraft dieses Elektromagneten kleiner wird als die elastische Kraft der Feder und die Armatur beschleunigt durch die Kraft der Feder sich zu bewegen beginnt. Nachdem die Armatur ihre Ruheposition überschritten hat, wird die Bewegung der Armatur durch die Federkraft der in Gegenrichtung angeordneten Rückstellfeder abgebremst. Um die Armatur in der geöffneten Position des Ventils zu fangen und zu halten, wird ein Strom an den anderen Elektromagneten angelegt, dieser arbeitet somit als öffnender Magnet.
• Um die Armatur unter Berücksichtigung des induktiven Verhaltens der Spule des Elektromagneten sicher zu fangen, muss entweder die Stromversorgung recht früh einsetzen, um sicher zu stellen, dass der Strom die benötigte Stärke in der Zeit erreicht, oder es muss ein steiler Stromanstieg erreicht werden mittels einer relativ hohen elektrischen Spannung. Die zweite Alternative macht eine zweite Versorgungsspannung mit höherem Spannungswert als die erste Spannung für den Haltevorgang notwendig. Die notwendigen Bauteile für eine zweite Stromversorgung können im Prinzip eingespart werden durch sehr frühes Anlegen des Stroms an den öffnenden bzw. fangenden Elektromagneten. Ein frühes Anlegen des Stroms ist allerdings nachteilig aus Sicht eines ökonomischen Umgangs mit Energie, weil der Strom sich in diesem Fall über eine relativ lange Zeitspanne aufbaut, während welcher große Verluste auftreten. Um weiterhin die definierten Arbeitzustände einhalten zu können, muss bei einer derartigen Arbeitsweise der Strom zu einer Zeit angelegt werden, wenn kein Strom durch den gegenüberliegenden Magneten fließt. Ein solches Vorgehen ist notwendig, da beispielsweise ausgehend von der Ruheposition durch alternierende Anregung der beiden Elektromagneten die Oszillationsfrequenz etwa bei der natürlichen Resonanzfrequenz des Systems aus Federn und Massen liegen sollte.
• Das US-Patent 5,682,127 beschreibt einen derartigen Aktuator und ein Verfahren zum Schalten elektrischer Energie auf die Spulen der Elektromagneten. Die Versorgungsspannung wird alternierend an die Spulen angelegt, um einen Versorgungsstrom zu bewirken, der in wechselnder Richtung durch sie hindurch fließt um einen hin- und hergehende Bewegung der Armatur zu erreichen. Die induzierte Spannung, die über der einen der Spulen anfällt, wenn die Versorgungsspannung angeschaltet wird, wird benutzt, einen induzierten Strom in der anderen Spulen hervorzurufen, bis die Versorgungsspannung, die an diese andere Spule angelegt ist, größer ist als die induzierte Spannung und somit in der Lage ist, einen ausreichenden Stromfluss durch diese andere Spule aufrecht zu erhalten.
• Das US-Patent 5,775,276 zeigt eine elektromagnetische Antriebsvorrichtung für Ventile, die die elektromagnetische Kraft reduziert, wenn der Ventilkörper sich in Nähe des Endes des Bewegungshubes befindet. Eine Freilauf bzw. Schwungkraftschaltung und ein veränderlicher Widerstand zur Erhöhung des Widerstandes der Freilaufschaltung werden verwendet, um den Strom, der in der elektromagnetischen Spule fließt, abzusenken.
• Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Betätigen einer elektromagnetischen Aktuatorspule aus einer Spannungsversorgung mit niedriger Gleichspannung heraus. Ein Verstärker/Spannungsversorgung hat einen Eingang, der mit einer Spannungsversorgung geringer Spannung verbunden ist, einen Ausgang, der mit der Aktuatorspule verbunden ist und einen Ladepfad, der zwischen dem Eingang und dem Ausgang angeschlossen ist und einen selektiv ansteuerbaren Schalter aufweist, der zwischen dem Ausgang und Schaltungsnull bzw. Masse angeordnet ist. Wenn der Schalter eingeschaltet wird, wird eine Induktivität der Aktuatorspule mit Strom beladen, der von der Spannungsversorgung entlang des Ladepfades fließt. Der Verstärker/Spannungsversorgung hat weiterhin einen Endladepfad, der einen Kondensator aufweist, welcher zwischen dem Eingang und einer Verbindung von Ausgang und dem Schalter angeordnet ist, wobei ein Ausschalten des Schalters die Induktivität der Spulen in den Kondensator entlang des Entladepfads entlädt. Ein alternierendes Schalten in den Ein- Zustand und den Aus-Zustand des Schalters bewirkt eine Arbeitsweise in einem Boostermodus.
• Der Verstärker/Spannungsversorgung hat einen weiteren Entladepfad, der einen anderen selektiv betätigbaren Schalter hat, welcher in Serie mit dem Kondensator zwischen dem Eingang und dem Ausgang geschaltet ist. Nachdem der Kondensator auf maximalen Wert aufgeladen ist, bewirkt ein alternatives Schalten des Schalters einen Betrieb in einem Haltezustand. Wenn beide Schalter eingeschaltet sind, steigt der durch die Spule fließende Strom rasch an und wenn beide Schalter ausgeschaltet sind, fällt der in der Spule fließende Strom rasch ab. Die obigen und auch weitere Vorteile der vorliegenden Erfindung werden unmittelbar klar für einen Fachmann aus der folgenden, detaillierten Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels, wenn im Lichte der zugehörigen Zeichnung betrachtet, in dieser Zeichnung zeigen:
• Fig. 1 eine schematische Darstellung eines elektromagnetischen Ventilbetätigers nach dem Stand der Technik in unbetätigter Stellung,
• Fig. 2 eine schematische Darstellung des Aktuatores bzw. des Betätigers, wie er in Fig. 1 gezeigt ist, in geschlossener Position des Ventils,
• Fig. 3 eine schematische Darstellung einer Steuerschaltung nach dem Stand der Technik für den Aktuator, der in den Fig. 1 und 2 gezeigt ist,
• Fig. 4 ein schematisches Diagramm einer anderen Steuerschaltung nach dem Stand der Technik für den Aktuator, wie er in den Fig. 1 und 2 dargestellt ist,
• Fig. 5 ein schematisches Diagramm einer Steuerschaltung nach der vorliegenden Erfindung für den Aktuator, wie er in den Fig. 1 und 2 dargestellt ist,
• Fig. 6 ein schematisches Diagramm der Steuerschaltung gemäß Fig. 5, wobei die Steuerschaltung in einem Zustand unterstützter Ladung der Spule arbeitet,
• Fig. 7 ein schematisches Diagramm der Steuerschaltung gemäß Fig. 5, die in einem Zustand des Unterstützens des Endladens der Spule arbeitet,
• Fig. 8 ein Diagramm der Wellenform des Stroms durch die Spule, wenn die Steuerschaltung in dem unterstützenden Zustand, wie in den Fig. 5 und 6 dargestellt ist, arbeitet,
• Fig. 9 ein schematisches Diagramm der Steuerschaltung gemäß Fig. 5, die in einem Haltezustand für die Aufladung des Spule arbeitet,
• Fig. 10 ein schematisches Diagramm der Steuerschaltung gemäß Fig. 5, die in einem Haltezustand des Entladens der Spule arbeitet,
• Fig. 11 ein Diagramm einer Wellenform des Spulenstroms, wenn die Steuerschaltung in einem Haltemodus, wie er in den Fig. 9 und 10 dargestellt ist, arbeitet,
• Fig. 12 ein schematisches Diagramm der Steuerschaltung gemäß Fig. 5, die in einem Zustand mit raschem Anstieg des Spulenstroms arbeitet und
• Fig. 13 ein schematisches Diagramm der Steuerschaltung gemäß Fig. 5, die in einem Modus mit raschem Abfall des Spulenstroms arbeitet.
• Die Steuerschaltung nach der vorliegenden Erfindung ermöglicht den Betrieb mit zwei Spannungen durch regenerierendes Erzeugen einer Spannung mit hohem Spannungswert, indem die Induktivität der Aktuatorspule und die vorhandenen Halbleiter des Verstärkers verwendet werden. Steuervorrichtungen mit zwei Spannungen haben sowohl sehr gute Stromübergangsfunktionen, als auch Gleichspannungssteuerung in der Aktuatorspule. Die regenerierende Eigenschaft verbessert den über alles betrachteten Energiewirkungsgrad des Systems durch Zurückbringen von Energie an die Spannungsquellen mit hoher und/oder geringer Spannung, wenn der Strom durch die Spule des Aktuators reduziert wird. Die integrierte, verstärkende Eigenschaft macht es möglich, auf einen separaten, verstärkenden Konverter für hohe Spannung also Spannungsumformer, zu verzichten.
• In Fig. 1 ist eine bekannte elektromagnetisch betätigte Ventilanordnung 20 dargestellt, sie hat ein Ventil 21, das in einem Durchgang bzw. Zugang 22 positioniert ist, welcher in einem Teil 23 der Maschine, wie beispielsweise in einem Zylinderkopf ausgebildet ist. Das Ventil 21 muss entlang eines linearen Pfades, der durch einen doppelköpfigen Pfeil 24 angedeutet ist, hin- und herbewegt werden, um den Zugang 22 zu öffnen und zuschließen, auf diese Weise wird der Fluss von Gasen entweder in den zugehörigen Zylinder (nicht dargestellt) hinein oder aus diesem hinaus gesteuert. Dieses Ventil 21 hat einen Schaft 25, der gleitend gehalten ist in einem unteren Kern 26 und einem oberen Kern 27, wobei eine longitudinale Achse des Schafts mit diesem Weg 24 ausgerichtet ist. Einander gegenüber liegende Oberflächen der Kerne 26 und 27 sind im Abstand angeordnet und bilden einen Spalt 28, in dem eine Armatur 29 untergebracht ist, die mit dem Schaft 25 des Ventils verbunden ist.
• In einem unbetätigtem Zustand, wie er in Fig. 1 gezeigt ist, befindet sich die Armatur auf halbem Wege zwischen den einander gegenüberliegenden Oberflächen der Kerne 26 und 27 aufgrund einer unteren Feder 30 und einer oberen Feder 31. Die untere Feder 30 ist mit dem unteren Kern 26 verbunden und liegt an einer unteren Oberfläche der Armatur 29 an. Die obere Feder 31 ist dem oberen Kern 27 zugeordnet und liegt an einer oberen Fläche der Armatur 29 an. Der untere Kern 27 hat eine erste Spule 32, die ein magnetisches Feld erzeugt, wenn elektrischer Strom durch sie hindurch fließt, dabei wird die Armatur 29 gegen die Kraft der unteren Feder 30 und unterstützt durch die Kraft der oberen Feder 31 angezogen, demgemäss wird das Ventil 21 betätigt, um die Öffnung 22 freizugegeben. Der obere Kern 27 hat eine zweite Spule 33, die ein magnetisches Feld erzeugt, wenn sie von einem elektrischem Strom durchflossen ist, dabei wird die Armatur 29 gegen die Kraft der oberen Feder 31 und unterstützt durch die untere Feder 30 angezogen, das Ventil wird so bewegt, dass die Öffnung 22 verschlossen wird.
• Die Armatur 29 kann an dem einen oder dem anderen Kern 26 bzw. 27 in Anlage gehalten werden durch Anlegen eines Haltestroms durch die zugehörige der Spulen 32 und 33. So kann beispielsweise, wie dies in Fig. 2 gezeigt ist, durch Anlegen eines Haltestroms an die zweite Spule 33 die Armaturen 29 gegen den oberen Kern 27 gehalten werden, wobei die obere Feder 31 komprimiert ist und die untere Feder 30 gelängt ist. Wenn es gewünscht wird, die Armatur 29 vom oberen Kern 27 zum unteren Kern 26 zu bewegen, wird der Haltestrom in der zweiten Spule 33 unterbrochen. Wenn dies eintritt, beschleunigt die in der komprimierten oberen Feder 31 und der gedehnten unteren Feder 30 gespeicherte Energie die Armatur 29 vom oberen Kern 27 weg hin zum unteren Kern 26. In einem reibungsfreien System erreicht die Armatur 29 eine Maximalgeschwindigkeit am Punkt in der Mitte zwischen den beiden Kernen (wobei gleiche Federkräfte angenommen sind) und erreicht den unteren Kern 26 gerade mit der Geschwindigkeit Null, zu welcher Zeit ein Haltestrom in der ersten Spule 32 aufgebaut ist, um die Armatur 29 an dem Kern 26 zu halten.
• In physikalisch realisierbaren Systemen mit Reibung geht ein Teil der in den Federn 30 und 31 gespeicherten Energie als Wärme verloren, die Armatur 29 wird den unteren Kern 26 nicht erreichen, wenn nicht die durch Reibung verlorene Energie irgendwie ersetzt wird. Dies wird erreicht durch Erzeugen eines Fangstroms in der empfangenden ersten Spule 32, dieser Strom bewirkt eine magnetische Kraft ausreichender Größe, um die Armatur 29 anzuziehen und sie an den unteren Kern 26 zu ziehen. Ist einmal die Armatur 29 durch die empfangende ersten Spule eingefangen, kann der Strom reduziert werden auf einen Haltewert, der ausreichend ist, um die Armatur 29 am Kern 26 zu halten, bis der nächste Übergang wieder ausgelöst wird.
• Eine korrekte Steuerung der Geschwindigkeit und Position der Armatur macht es nötig, dass zu gewissen Zeiten die Ströme in den Aktuatorspulen 32 und 33 relativ rasch ansteigen und abfallen müssen. Da die Rate der Änderung des Spulenstroms proportional zur angelegten Spulenspannung ist, benötigen hohe Raten von Stromänderungen eine relativ große Spannung, die an die Spule angelegt werden muss. Zu anderen Zeiten ist es notwendig, einen konstanten Haltestrom in den Spulen 32 und 33 mit relativ geringem Wert aufrecht zu erhalten. In diesem Fall ist es wünschenswert, dass die Spulenströme sich deutlich langsamer ändern, wenn eine Spannung angelegt wird. Da nach wie vor gilt, dass das Maß der Änderung des Spulenstroms proportional ist der angelegten Spannung, benötigen geringe Maße von Stromänderungen eine relativ geringe Spannung, die an die Spulen 32 bzw. 33 angelegt wird.
• Demzufolge stellt ein optimiertes System eine Spannung mit hohem Spannungswert für rasche Stromänderungen und eine Spannung mit niedrigem Spannungswert für Zustände mit konstantem Strom zur Verfügung. Für den Fall eines elektromechanischen Betätigungssystems eines Ventil, das eingesetzt wird für die Steuerung der Ventile in einer Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeugs, kann die Spannungsversorgung mit geringer Spannung die Bordspannung des Automobils von 12 Volt (oder eine andere Standardspannung) sein. Dagegen muss aber die Spannung mit hohem Spannungswert (normalerweise einige 100 Volt) erzeugt werden aus dem System mit geringer Spannung. Ein spezielles Spannungsversorgungssystem für hohe Spannung, das seine Energie aus der Bordspannung bezieht, kann eingesetzt werden, um die benötigte hohe Spannung zu erzeugen. Diese Versorgung wird allerdings relativ groß, schwer und zudem eine teuere Komponente.
• Fig. 3 zeigt ein elektromechanisches Betätigungssystem 35 für Ventile mit nur einer Versorgungsschiene nach dem Stand der Technik, es hat eine Ventilaktorspule 36, die von einer Gleichspannungsversorgung 37, mit Spannung versorgt wird. Diese Spule 36 ist über ein Paar von Ausgangsleitungen 38 geschaltet und die Spannungsversorgung 37 ist mit dem Niederspannungsbus 39 verbunden. Die Ausgangsleitungen 38 sind mit einem Paar von Ausgangsanschlüssen eines Verstärkers 40 verbunden und der Bus 39 ist mit einem Paar von Eingangsanschlüssen einer Spannungsversorgung 21 mit hoher Spannung verbunden. Ein Hochspannungsbus 42 verbindet ein Paar der Ausgangsanschlüsse der Spannungsversorgung 41 mit einem Paar von Eingangsanschlüssen des Verstärkers 40. Da der Verstärker 40 begrenzt ist auf eine Arbeitsweise mit einer einzigen Spannung, muss diese Spannung hoch genug sein, um die raschen Stromänderungen in den Aktuatorspulen 36 erhalten zu können, wenn diese abgerufen werden, die Spannung muss aber tief genug sein, um eine stabile Gleichspannungssteuerung mit geringem Strom zu ermöglichen. Steht nur eine einzige Spannung zur Verfügung, ist keine dieser beiden Funktionen optimal erreichbar. Weiterhin hat die spezielle Spannungsversorgung 41 für hohe Spannung einige große teure Komponenten, die untergebracht werden müssen, angeschlossen werden müssen und gekühlt werden müssen.
• In Fig. 4 ist ein elektromechanisches Betätigungssystem 45 für ein Ventil mit zwei Anschlussschienen gezeigt, es hat eine Ventilaktorsspule 36, die von der Gleichspannungsversorgung 37 mit Spannung versorgt wird. Der Hochspannungsbus 42 ist mit einem Paar von Eingängen eines Verstärkers 41 verbunden, dies ist ähnlich wie beim Verstärker 40, um eine Spannung mit hohem Spannungswert zur Verfügung zu haben, so dass rasche Stromänderungen in den Aktuatorspulen 36 erzielt werden können. Eine Schiene 47 mit niedriger Spannung und für langsame Stromänderungen und Zustände mit konstantem Spulenstrom ist zwischen einem Anschluß mit positivem Potential der Spannungsversorgung 37 und einem dritten Eingangsanschluss des Verstärkers 46 geschaltet. Wieder wird eine spezielle Spannungsversorgung 41 für die hohe Spannung benötigt, um eine Spannung ausreichender Höhe dem Verstärker 46 zuleiten zu können.
• Das Betätigungssystem nach der vorliegenden Erfindung hat eine Auslegung mit einem Leistungsverstärker und ermöglicht ein Arbeiten bei zwei Spannungen, ohne dass die Notwendigkeit für eine diskrete Spannungsversorgung mit der hohen Spannung besteht, indem regenerierend die eigene Hochspannung erzeugt wird unter Verwendung der Induktivität der Aktuatorspulen und der vorhandenen Halbleiterbauteile im Verstärker. In Fig. 5 ist ein integrierter Leistungsverstärker/Hochspannungsversorgung 50 dargestellt, der nicht nur seine eigene Hochspannung erzeugt, sondern auch einen Betrieb bei zwei Spannungen ermöglicht. Es gibt vier Arbeitsweisen für den Verstärker/Spannungsversorgung 50: (1) Unterstützungsmodus; (2) Haltemodus; (3) Modus mit raschem Anstieg des Stroms und (4) Modus mit raschem Abfall des Stroms. Jeder Modus bzw. Arbeitsweise wird im einzelnen eingehend weiter unten beschrieben.
• Die Aktuatorspule 36 ist mit einem Paar von Ausgangsanschlüssen "A" und "B" der Einheit aus Verstärker und Spannungsversorgung 50 durch die Ausgangsleitungen 38 verbunden, während die Spannungsversorgung 37 verbunden ist mit einem Paar von Eingangsanschlüssen "C" und "D" durch den Niederspannungsbus 39. Ein Kondensator C1 und MOSFET-Schalter Q1 sind in Serie zwischen der Seite negativer Polarität des Niederspannungsbusses 39 (Anschluss "C") und derjenigen der Ausgangsleitungen 38 verbunden, die mit dem Anschluss "A" in Verbindung steht. Eine erste Diode D1 ist zwischen der Seiten mit positiver Polarität des Niederspannungsbus 39 (Anschluss "D") und derjenigen Ausgangsleitung 38 verbunden, die mit dem Anschluss "A" in Verbindung steht. Ein zweiter MOSFET-Schalter Q2 ist zwischen der anderen Ausgangsleitung 38 (Anschluss "B") und dem Nullpotential angeordnet und eine zweite Diode D2 ist zwischen der anderen Ausgangsleitung 38 (Anschluss "A") und der Verbindung des Kondensators C1 mit dem Schalter Q1 verbunden.
• Die Arbeitsweise im Booster- bzw. Unterstützungsmodus ist in den Fig. 6 bis 8 gezeigt. In Fig. 6 ist der erste Schalter Q1 ausgeschaltet und ist der zweite Schalter Q2 eingeschaltet, um die Spuleninduktivität über die Niederspannungsversorgung 37 und den Niederspannungsbus 39 zu laden. Der fließende Strom ist durch die Pfeile 51 angedeutet. Während dieser Ladezeit steigt der Spulenstrom an. Wenn der Schalter Q2 ausgeschaltet ist (Fig. 7), entlädt sich die Spule 36 und der Spulenstrom läuft frei (der Spulenstrom ist durch die Pfeile 52 dargestellt) in den Hochspannungsbus 52, der mit dem Anschluss "E" verbunden ist. Der Strom lädt den ersten Kondensator C1, der an die Anschlüsse "C" und "E" der Einheit 50 aus Verstärker und Spannungsversorgung geschaltet ist. Der Spulenstrom kann um einen Mittelwert (Fig. 8) während des Ladens des Kondensators C1 des Hochspannungsbusses schwanken.
• Der Haltemodus, wie er in den Fig. 9 bis 11 dargestellt ist, stellt eine Stromregelung bei geringer Spannung zur Verfügung. Wenn einmal der Hochspannungsbus 53 mittels des Kondensators C1 voll aufgeladen ist, wird der Spulenstrom aufrecht erhalten durch Laden aus dem Niederspannungsbus 39 (Q1 ist ausgeschaltet, Q2 ist eingeschaltet) und durch freilaufen lassen hinein in und heraus aus dem Hochspannungsbus (Q1 ist eingeschaltet, Q2 ist ausgeschaltet). In diesem Modus wird die Energie, die im Widerstand der Spule verloren geht, aufgefüllt aus der Niederspannungsversorgung 37. Fig. 9 zeigt den Strompfad (Pfeile 54) während des Ladens der Spule. Fig. 10 zeigt den Strompfad (Pfeile 55) während des Entladens der Spule Fig. 11 zeigt die Stromwellenformen für den Haltemodus.
• Der Modus mit raschem Stromanstieg ist in Fig. 12 dargestellt. Der Spulenstrom wird rasch zum Anstieg gebracht durch Einschalten sowohl von Q1 als auch Q2 und Laden der Induktivität der Spule über den Hochspannungsbus 53 (Kondensator C1). Der Strompfad ist durch die Pfeile 56 dargestellt.
• Der Arbeitsmodus raschen Stromabfalls ist in Fig. 13 dargestellt. Der Spulenstrom fällt rasch ab durch Ausschalten von sowohl Q1 als auch Q2 und indem man erlaubt, dass der Spulenstrom (Pfeile 57) freiläuft in den Hochspannungsbus 53 und aus dem Niederspannungsbus 39 über die Dioden D1 und D2. Der Hochspannungsbus 53 wird während des Modus mit raschem Stromabfall ständig geladen vom Kondensator C1.
• Eine eigene Einheit aus Verstärker und Spannungsversorgung 50 wird für jede der Spule 32 und 33 der elektromagnetisch betätigten Ventileinheit 20, wie sie in den Fig. 1 und 2 gezeigt ist, vorgesehen. Die Schaltsignale, die benötigt werden, um die Schalter Q1 und Q2 ein- und auszuschalten, können durch konventionelle Schaltungsmaßnahmen erhalten werden.
• In Übereinstimmungen mit den Vorschriften über Patente ist die vorliegende Erfindung so beschrieben worden, dass sie durch ihr bevorzugtes Ausführungsbeispiel erläutert wird. Es sollte jedoch berücksichtigt werden, dass die Erfindung in anderer Form praktiziert werden kann, als dies speziell dargestellt wurde und beschrieben wurde, ohne dass man dabei aus dem wahren Geist und Schutzumfang der Erfindung herausgegangen ist. Bezugszeichenliste 20 Ventilanordnung
  21 Ventil
  22 Zugang
  23 Teil
  24 doppelköpfigen Pfeil
  25 Schaft
  26 unterer Kern
  27 oberer Kern
  24 Weg
  28 Spalt
  29 Armatur
  30 Feder
  31 Obere Feder
  30 Untere Feder
  29 Armatur
  32, 33 Spule
  22 Öffnung
  35 Betätigungssystem
  36 Ventilaktuatorspule
  37 Gleichspannungsversorgung
  38 Ausgangsleitung
  39 Niederspannungsbus
  40 Verstärker
  21 Spannungsversorgung
  42 Hochspannungsbus
  41 Spannungsversorgung
  46 Verstärker
  47 Schiene
  50 Verstärker/Spannungsversorgung
  51 Pfeile
  36 Spule
  52 Pfeile
  52 Hochspannungsbus
  50 Einheit
  53 Hochspannungsbus
  37 Niederspannungsversorgung
  54 Pfeile
  55 Pfeile
  56 Pfeile
  57 Pfeile
  

Claims (9)

1. Eine Vorrichtung zur Steuerung eines elektromagnetischen Aktuators mit einer Spule (36) weist auf:
einen Eingang, der für eine Verbindung mit einer Niederspannungsquelle (37) ausgelegt ist
einen Ausgang, der ausgelegt ist für eine Verbindung mit einer Aktuatorspule (36),
einen Ladepfad, der zwischen dem Eingang und dem Ausgang angeschlossen ist und der einen selektiv schaltbaren Schalter (Q1) aufweist, welcher zwischen dem Ausgang und der Schaltungsmasse angeschlossen ist, wobei dann, wenn der Eingang mit der Niederspannungsquelle (37) verbunden ist und der Ausgang mit der Aktuatorspule (36) verbunden ist, ein Einschalten des Schalters (Q1) bewirkt, dass die Induktivität der Spule (36) mit einem Strom aufgeladen wird, der von der Niederspannungsquelle (37) über den Ladepfad läuft und
einen Entladepfad, der einen Kondensator (C1) aufweist, welcher zwischen dem Eingang und einem Verbindungspunkt des Ausgangs und des Schalters (Q1) angeschlossen ist, wobei ein Ausschalten dieses Schalters (Q1)bewirkt, dass sich die Induktivität der Spule (36) in den Kondensator (C1) und über den Entladepfad entlädt.

2. Die Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Entladepfad einen Teilbereich des Ladepfades umfaßt.

3. Die Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Ladepfad eine Diode (D1) aufweist.

4. Die Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass durch wechselseitiges Betätigen des Schalters (Q1) in den Einzustand für eine erste vorgegebene Zeitspanne und in den Auszustand für eine zweite vorgegebene Zeitspanne eine Arbeitsweise in einem Boostermodus (Verstärkungsmodus) erreicht wird, wobei der Betrag des Stromes, der durch den zweiten Stromflußpfad und durch die Spule (36) fließt, abwechselnd bis auf einen oberen Schwellenwert ansteigt und auf einen unteren Schwellenwert abfällt, wobei er einen vorgegebenen, durchschnittlichen Spulenstromwert zur Verfügung stellt.

5. Die Vorrichtung nach Anspruch 1, die zusätzlich einen weiteren Schalter (Q2) aufweist, der in Serie mit dem Kondensator (C1) zwischen dem Eingang und dem Ausgang geschaltet ist, wobei dann, wenn der Kondensator (C1) auf einen vorgegebenen vollen Aufladewert aufgeladen ist, eine wechselweise Betätigung in den Einzustand dieser Schalter (Q1, Q2) einen Betrieb in einem Haltemodus bewirkt, wobei der Wert des Stroms, der durch die Spule (36) fließt, abwechselnd ansteigt bis auf einen oberen Schwellenwert und abfällt auf einen unteren Schwellenwert, wobei ein vorgegebener, durchschnittlicher Wert des Stroms der Spule (36) zur Verfügung gestellt wird.

6. Die Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Wert des Stroms, der durch die Spule (36) fließt, rasch ansteigt, wenn beide Schalter (Q1, Q2) eingeschaltet sind.

7. Die Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Wert des Stroms, der durch die Spule (36) fließt, rasch abfällt, wenn beide Schalter (Q1, Q2) ausgeschaltet sind.

8. . Die Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Schalter (Q1, Q2) MOSFET-Schalter sind.

9. Die Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sie zusätzlich eine Diode (D2) aufweist, die im Ladepfad angeschlossen ist.