DE19921938A1 - Verfahren zur Erhöhung der Abwurfgeschwindigkeit des Ankers an einer elektromagnetisch betätigbaren Stelleinrichtung - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erhöhung der Abwurfgeschwindigkeit des Ankers einer elektromagnetisch betätigbaren Stelleinrichtung, die wenigstens einen mit einer Spule und einem Magnetjoch versehenen Elektromagneten aufweist, der bei einem die Spule durchfließenden Haltestrom gegen die Kraft eines Rückstellmittels den mit einer Stelleinrichtung verbundenen Anker hält, bei dem zum Abwurf des Ankers der Haltestrom abgeschaltet und im Bereich des hierdurch im wesentlichen vorgegebenen Zeitpunktes des Ablösens des Ankers ein Abwurfstrom mit umgekehrter Polarität auf die Spule über einen vorgebbaren Zeitraum aufgeschaltet wird.

Description

Elektromagnetische Aktuatoren, wie sie beispielsweise zur Be­ tätigung der Gaswechselventile an Kolbenbrennkraftmaschinen eingesetzt werden können, weisen wenigstens einen Elektroma­ gneten auf, der auf einen durch Rückstellmittel gehaltenen, mit dem zu betätigenden Stellmittel verbundenen Anker ein­ wirkt. Durch den bestromten Haltemagneten wird der Anker in der einen Betriebsstellung gehalten, so daß durch Stromlos­ setzen des Elektromagneten über das Rückstellmittel, bei­ spielsweise eine Feder, der Anker in die andere Betriebsposi­ tion bewegt wird.

Bei Aktuatoren, die zur Betätigung von Gaswechselventilen als Stellmittel eingesetzt werden, hat der Ablauf der Steuerung großen Einfluß auf die unterschiedlichen Parameter, bei­ spielsweise die Zustände des Arbeitsmediums im Einlaßbereich, die Zustände im Arbeitsraum sowie im Auslaßbereich und die Vorgänge im Arbeitsraum selbst. Da Kolbenbrennkraftmaschinen in sehr unterschiedlichen Betriebszuständen instationär ar­ beiten, ist eine entsprechend variable und anpassungsfähige Steuerung der Gaswechselventile notwendig.

Ein wesentliches Problem bei der Steuerung derartiger elek­ tromagnetischer Stelleinrichtungen stellt zum einen die er­ forderliche Zeitgenauigkeit und damit verknüpft auch den Energieaufwand dar, wie sie insbesondere bei einer lastabhän­ gigen Steuerung der Motorleistung über die Betätigung der Einlaßventile erforderlich ist. Eine genaue Steuerung der Zeiten wird durch fertigungsbedingte Toleranzen, im Betrieb auftretende Verschleißerscheinungen sowie durch unterschied­ liche Betriebszustände, beispielsweise wechselnde Lastanfor­ derungen und Arbeitsfrequenzen erschwert, da diese äußeren Einflüsse zeitrelevante Parameter des Systems beeinflussen.

Ein wesentliches Problem bei derartigen elektromagnetischen Stelleinrichtungen ist die Erscheinung des sogenannten Kle­ bens des Ankers an dem jeweiligen Haltemagneten. Dieses Kle­ ben wird im wesentlichen durch Wirbelströme im Magnetkreis verursacht, durch konstruktive Maßnahmen wurde daher ver­ sucht, das Magnetjoch und auch den Anker so zu gestalten, daß die Bildung von Wirbelströmen weitgehend vermieden wird oder aber die nachteilige Wirkung der Wirbelströme kompensiert wird. Die sogenannte Klebzeit hängt von vielen unterschiedli­ chen Parametern ab, wie beispielsweise der Größe des Luftspaltes zwischen Polfläche und Anker am Haltemagneten, der Kraft des Rückstellmittels, in der Regel mechanische Fe­ dern, den auf eine Stelleinheit einwirkenden Beschleunigun­ gen. Neben den nicht zu vermeidenden Fertigungstoleranzen be­ wirken bei elektromagnetisch betätigten Gaswechselventilen die im Betrieb wechselnden Gasgegendrücke sowie in ihrer Höhe nicht vorhersagbare, auf den Anker wirkende Beschleunigungs­ kräfte unregelmäßige Schwankungen der Klebzeit, so daß nach dem Abschalten des Haltestroms der Bewegungsbeginn des Ankers nicht vorherbestimmbar variiert. Auch die Flugzeit des Ankers sowie die Verluste an kinetischer Energie und somit die zum Fangen am gegenüberliegenden Magneten zuzuführende elektri­ sche Energie hängt von dem jeweiligen Betriebszustand ab.

In DE-A-195 26 681 ist ein Verfahren zur zeitgenauen Steue­ rung der Ankerbewegung eines derartigen elektromagnetisch be­ tätigbaren Stellmittels beschrieben, bei dem nach Ablauf ei­ ner vorgebbaren Zeit nach dem Abschalten des Haltestroms ein kurzer Stromimpuls mit umgekehrter Polarität der Spule aufge­ prägt wird. Durch einen derartigen kurzfristigen Stromimpuls mit einer gezielten Wahl der Stromhöhe, der Zeitdauer und des Einschaltzeitpunktes kann zwar erreicht werden, daß das aus den Wirbelströmen im Magnetjoch des Elektromagneten resultie­ rende Magnetfeld schneller abbaut und sich der Anker von der Polfläche des haltenden Elektromagneten zeitgenau und zuver­ lässig löst. Damit ergibt sich die Möglichkeit, für die An­ steuerung konstante Klebzeiten zu erzielen. Da sich insbeson­ dere im Anker durch die Wirbelströme beim Ablösen ein Magnet­ feld aufbaut, das der Kraft der auf den Anker wirkenden Rück­ stellfeder entgegenwirkt und die Ankerbewegung verzögert, entfällt auch hier der vorbeschriebene Verlust an kinetischer Energie, der nur durch einen erhöhten Aufwand an elektrischer Energie am fangenden Magneten ausgeglichen werden kann, wenn der Aktuator insgesamt zuverlässig und zeitgenau arbeiten soll. Der kurze Stromimpuls zum Abbau des Magnetfeldes im Elektromagneten reicht hierzu nicht aus. Diese Nachteile las­ sen sich nur durch die Verwendung eines Ankers in wirbelstro­ marmer Bauweise vermindern. Die Restmagnetisierung des Ma­ gnetjochs und des Anker nach dem Abschalten des Stroms be­ wirkt einen deutlichen Energieverlust, der auf der Seite des dann fangenden Magneten durch eine entsprechend erhöhte Ener­ giezufuhr kompensiert werden muß und die durch einen zusätz­ lichen kurzen Stromimpuls nach dem bekannten Verfahren nicht aufgebracht werden kann.

Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zu schaffen, durch das die vorbeschriebenen Verluste an kine­ tischer Energie weitgehend und die Energieaufwendungen insge­ samt vermindert werden.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung gelöst durch ein Ver­ fahren zur Erhöhung der Abwurfgeschwindigkeit des Ankers ei­ ner elektromagnetisch betätigbaren Stelleinrichtung, die we­ nigstens einen mit einer Spule und einem Magnetjoch versehe­ nen Elektromagneten aufweist, der bei einem die Spule durch­ fließenden Haltestrom gegen die Kraft eines Rückstellmittels den mit einer Stelleinrichtung verbundenen Anker hält, bei dem zum Abwurf des Ankers der Haltestrom abgeschaltet und im Bereich des hierdurch im wesentlichen vorgegebenen Zeitimpul­ ses des Ablösens des Ankers und ein Abwurfstrom mit umgekehr­ ter Polarität auf die Spule aufgeschaltet wird. Während nach dem Stand der Technik die Gegenbestromung in Form eines kur­ zen Impulses dazu eingesetzt wurde, durch Abbau des Magnet­ feldes im Joch des Elektromagneten die Klebzeit zu verkürzen und damit die Genauigkeit des Ablösezeitpunktes zu steigern, wird bei dem erfindungsgemäßen Verfahren das sich auch im An­ ker beim Ablösen infolge der Wirbelströme aufbauende, an sich bremsende Magnetfeld dazu benutzt, um durch eine zeitlich be­ grenzte Bestromung der Spule des Magneten mit umgekehrter Po­ larität zusätzlich Energie in Richtung der Bewegung dem Anker zuzuführen. Hierdurch wird der an sich bestehende Nachteil eines wirbelstrombehafteten Ankers in einen Vorteil umge­ kehrt. Das in der Haltephase das in der Regel wirbelstromarm ausgelegte Magnetjoch und den wirbelstrombehaftete Anker durchsetzende Magnetfeld durchsetzt auch nach dem Abschalten des Haltestroms noch den Anker und das Magnetjoch im ge­ schlossenen Kreis, so daß eine Magnetkraft resultiert, die der den Anker ablösenden Kraft des Rückstellmittels, in der Regel eine Rückstellfeder, entgegengerichtet ist. Die wirbel­ stromarme Auslegung des Magnetjochs bewirkt, daß das Magnet­ feld im Magnetjoch sich sehr viel schneller abgebaut wird und die verbleibende Haftkraft zwischen dem Magnetjoch und dem Anker so gering wird, daß die Kraft der Rückstellfeder an sich ausreicht, um den Anker in Bewegung zu setzen. Das im Anker noch bestehende Magnetfeld wirkt gerade zu Beginn der Bewegung bremsend und bewirkt einen Verlust an kinetischer Energie.

Bei der erfindungsgemäßen Gegenbestromung wird nun zu diesem Zeitpunkt im wirbelstromarmen Magnetjoch bereits ein Feld in umgekehrter Polarität erzeugt, während die Wirbelströme im Anker noch ein Magnetfeld in der bisherigen Polarität auf­ recht erhalten. Durch die nun gegenläufig ausgerichtete Fel­ der im Magnetjoch einerseits und im Anker andererseits ergibt sich zusätzlich zur Federkraft eine Magnetkraft, die in der gleichen Richtung wie die Kraft des Rückstellmittels auf den Anker einwirkt und eine zusätzliche Energieeinspeisung in den Anker verursacht, die vor allem dann wirksam ist, wenn der Anker sich in Bewegung setzt. Die Gegenbestromung erfolgt nur über eine begrenzte, vorgebbare Zeit, um ein Ummagnetisieren des Ankers zu vermeiden. Hierdurch ergibt sich ein hoher Wir­ kungsgrad für die eingespeiste Energie. Insbesondere für Ak­ tuatoren zur Betätigung von Gaswechselventilen an Kolben­ brennkraftmaschinen, insbesondere Gasauslaßventilen, ist die­ ser Effekt interessant. Diese Aktuatoren weisen zwei Elektro­ magnete auf, zwischen denen der Anker hin und her bewegt wird. Die Anlage an der Polfläche des jeweiligen Elektroma­ gneten definiert die Stellposition. Beim Öffnen eines Gasaus­ laßventils muß häufig viel elektrische Energie in den fangen­ den Elektromagneten eingespeist werden muß, um den durch die auf das Ventil wirkenden Gaskräfte stark gebremsten Anker überhaupt noch zu fangen. Diese Energie muß hierbei schon bei einem Zeitpunkt eingespeist werden, wenn sich der Anker noch in einem verhältnismäßig großem Abstand zur Polfläche des fangenden Elektromagneten befindet, was nur mit einem schlechten Wirkungsgrad möglich ist. Durch die beim Ablösen des Ankers von der Polfläche des haltenden Magneten zusätz­ lich auf den Anker aufgeprägte kinetische Energie in Bewe­ gungsrichtung wird die Kraftwirkung der Feder unterstützt und die Beschleunigung des Ankers vergrößert. Die elektrische Energie für die Gegenbestromung kann hierbei über die Strom­ versorgung aufgebracht werden.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorge­ sehen, daß der Abwurfstrom durch Speicherung des sich beim Abbau des Magnetfeldes nach Abschalten des Haltestroms bil­ denden Stroms in einem Speicher, vorzugsweise einem Kondensa­ tor gespeichert und durch Aufschaltung des Speichers auf die Spule wirksam wird. Der besondere Vorteil des erfindungsgemä­ ßen Verfahrens liegt darin, daß die zum Aufbau eines in Ge­ genrichtung wirkenden Feldes erforderliche elektrische Ener­ gie nach dem Abschalten des Haltestroms aus der Spule selbst genommen wird. Ein Speicher, insbesondere ein Kondensator, wird zur Spule des Elektromagneten zum Zeitpunkt der Abschal­ tung des Haltestroms in Reihe bzw. parallel geschaltet. Hier­ bei lädt sich der Kondensator wie in einem Schwingkreis durch die Spule auf. Sobald der Strom durch die Anordnung zu Null geworden ist, entlädt sich der Kondensator selbsttätig wie­ der, indem er einen Strom durch die Spule erzwingt, der dem ursprünglichen Strom entgegengerichtet ist. Damit ist die ge­ wünschte Gegenbestromung gegeben.

In einer besonders vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, daß nach Entladung des Speichers der Abbau des Abwurfstroms in der Spule über eine Freilaufdiode ohne Änderung der Polarität verlangsamt wird. Durch diese Diode kann nun zusätzlich bewirkt werden, daß nach der Entladung des Speichers, insbesondere des Kondensators, d. h. bei Er­ reichen der Kondensatorspannung gleich Null der Umladevorgang nicht wieder von neuem beginnen kann, sondern daß nun über die Freilaufdiode der Strom sich langsam wieder abbaut, hier­ bei aber seine Polarität beibehält und so dieser inverse Strom noch längere Zeit zur Aufrechterhaltung des in Abwur­ frichtung auf den Anker wirkenden Magnetfeldes genutzt werden kann. Durch entsprechende Abstimmung der Bauelemente, insbe­ sondere der Auslegung des Magnetjoches als wirbelstromarmes Bauelement und des Ankers als wirbelstrombehaftetes Bauele­ ment, kann auch sichergestellt werden, daß der Anker hierbei nicht wieder ummagnetisiert wird und somit ein erneutes An­ ziehen wirksam wird.

Die Erfindung wird anhand schematischer Zeichnungen näher er­ läutert. Es zeigen:

Fig. 1 einen elektromagnetischen Aktuator zur Betätigung eines Gaswechselventils,

Fig. 2 einen Elektromagneten mit sich lösendem Anker nach Abschalten des Haltestroms,

Fig. 3 den Elektromagneten gem. Fig. 1 nach dem Aufschalten eines Abwurfstroms mit entgegen­ gerichteter Polarität,

Fig. 4 eine schematische Darstellung einer Schal­ anordnung zur Gewinnung des Abwurfstroms aus der Spule,

Fig. 5 den Verlauf von Strom in der Spule und der Spannung des Kondensators bei der Schaltungs­ anordnung gem. Fig. 4,

Fig. 6 eine schematische Darstellung einer Schal­ tungsanordnung zur Speisung der Spule mit Gegenstrom aus der Stromversorgung.

Der in Fig. 1 schematisch dargestellte elektromagnetische Ak­ tuator zur Betätigung eines Gaswechselventils für eine Kol­ benbrennkraftmaschine besteht im wesentlichen aus einem Elek­ tromagneten 1, der als Schließmagnet dient, einem Elektroma­ gneten 2, der als Öffnermagnet dient und einem Gaswechselven­ til 3, das mit einem Anker 4 in Verbindung steht, der gegen die Kraft der Rückstellfedern 5 und 6 zwischen den beiden Elektromagneten 1 und 2 hin und her bewegbar ist, so daß er je nach der Ansteuerung in der Schließstellung an der Polflä­ che 7 des Elektromagneten 1 und in der Öffnungsstellung an der Polfläche 8 des Elektromagneten 2 zur Anlage kommt.

Befindet sich im Betrieb das Gaswechselventil beispielsweise in der Schließstellung, d. h. der Anker 4 liegt an der Polfläche 7 des Elektromagneten 1 an, so wird die Öffnung des betreffenden Gaswechselventils dadurch bewirkt, daß zunächst der Haltestrom am Elektromagneten 1 abgeschaltet wird, so daß sich unter der Kraftwirkung der Rückstellfeder 5 der Anker 4 in Richtung auf die Polfläche 8 des Elektromagneten 2 bewegt. Je nach der Größe des Restfeldes am Elektromagneten 1 ist der Zeitpunkt der Abschaltung des Haltestroms am Elektromagneten 1 nicht identisch mit dem Bewegungsbeginn des Ankers. Auf­ grund der sogenannten Klebwirkung setzt die Bewegung des An­ kers 4 gegenüber dem Abschaltzeitpunkt des Haltestroms zeit­ verzögert ein.

Unter dem Einfluß der Kraftwirkung der Feder 5 schwingt nach dem Ablösen der Anker 4 durch die sich aus der Gleichge­ wichtslage der Kraftwirkung der beiden Rückstellfedern 5 und 6 ergebenden Mittellage hindurch, so daß zu einem entsprechen­ den Zeitpunkt am Elektromagneten 2 der sogenannte Fangstrom eingeschaltet wird, um durch die Kraftwirkung des Magnetfel­ des des Elektromagneten 2 der rückstellenden Kraftwirkung der Rückstellfeder 6 entgegenzuwirken und den Anker 4 sicher an der Polfläche des Elektromagneten 2 zur Anlage zu bringen, so daß das Gaswechselventil 3 über die durch die Steuerung vor­ gegebene Öffnungszeit offengehalten werden kann. Zum Schlie­ ßen des Gaswechselventils läuft der vorstehend beschriebene Vorgang in umgekehrter Reihenfolge ab.

Der in Fig. 2 schematisch dargestellte Schließmagnet 1 besteht im wesentlichen aus einem Jochkörper 9, der eine Spule 10 aufweist. Ist der Schließmagnet 1 bestromt, liegt der Anker 4 an der Polfläche 7 an. Die Rückstellfeder 5 ist entsprechend zusammengedrückt. Das auf den Anker 4 einwirkende Magnetfeld 8 weist hierbei die durch seine Magnetlinien schematisch an­ gedeutete Polarität auf, die auch noch über den Zeitpunkt des Abschaltens hinaus wirksam bleibt.

Ist nun das Magnetjoch 9 des Elektromagneten 1 wirbelstromarm ausgebildet, beispielsweise als geblechter Jochkörper, baut sich das Restmagnetfeld verhältnismäßig schnell ab. Ist dem­ gegenüber der Anker 4 durch Formgebung und/oder Materialwahl wirbelstrombehaftet ausgeführt, so baut sich das Magnetfeld im Bereich des Ankers 5 langsamer ab. Zu einem bestimmten Zeitpunkt nach Abschalten des Haltestroms und dem daran an­ schließenden Abbau des haltenden Magnetfeldes ist die magne­ tische Haltekraft geringer als die Rückstellkraft der Rück­ stellfeder 5, so daß die Rückstellfeder 5 den Anker 4 in Richtung des Pfeiles F von der Polfläche 7 fortbewegt.

Das sich durch den Einfluß der Wirbelströme im Anker 4 noch haltende Restmagnetfeld wirkt hierbei als Magnetkraft F_M der Rückstellkraft F_F der Rückstellfeder 5 entgegen, so daß der Bewegungsbeginn des Ankers hierdurch verzögert wird.

In Fig. 3 ist der Elektromagnet 1 in der gleichen Bewegungs­ position dargestellt wie in Fig. 2. Wird nun zum Zeitpunkt des Abschalten des Haltestroms die Spule 10 mit einem Strom mit entgegengesetzter Polarität beaufschlagt, dann baut sich im Jochkörper 9 des Elektromagneten 1 aufgrund seiner wirbel­ stromarmen Auslegung sehr schnell ein Magnetfeld mit umge­ kehrter Polarität auf, während das Restmagnetfeld im Anker 4 seine bisherige Ausrichtung beibehält. Damit dreht sich auch die Kraftwirkung des Magnetfeldes des Jochkörpers auf den An­ ker in seiner Richtung um, so daß die Magnetkraft F_M in glei­ cher Richtung wie die Kraft der Rückstellfeder F_P auf den An­ ker einwirkt und hier zu einer erhöhten Energieeinspeisung und damit zu einer größeren Beschleunigung der Ankerbewegung führt, so daß der Anker 4 dann dementsprechend mit erhöhter Bewegungsenergie seine Mittellage überschwingt und sich sehr viel stärker der Polfläche des fangenden Elektromagneten nä­ hert, so daß hier eine entsprechend geringere Stromzufuhr für die Fangenergie aufgebracht werden muß.

Das in Fig. 4 dargestellte Schaltbild zeigt schematisch die Schaltung zur Bestromung des in Fig. 2 dargestellten Schließ­ magneten 1. Hierbei ist die Spule 10 des Elektromagneten 1 für die Bestromung mit dem Fang- und später dem Haltestrom mit einer Endstufe 11 verbunden. Die Stromzufuhr von der End­ stufe 11 zur Spule 10 wird über einen Schalter 12 an- und ausgeschaltet.

Parallel zur Spule 10 ist ein Kondensator 13 geschaltet, der über einen Schalter 14 zu- und abschaltbar ist. Ferner ist dem Kondensator 13 eine Freilaufdiode 15 zugeordnet.

Wird zum Abschalten des Haltestroms der Schalter 12 geöffnet, dann wird gleichzeitig durch Schließen eines Schalters 14 der Speicher als Kondensator 13 zugeschaltet, so daß beim Abbau des Restmagnetfeldes in der Spule 10 der Strom im Kondensator 13 gespeichert werden kann. Sobald der Strom durch die Anord­ nung zu Null geworden ist, entlädt sich der Kondensator 13 wieder, indem er einen Strom durch die Spule erzwingt, der in seiner Polarität dem ursprünglichen Strom entgegengerichtet ist. Durch eine Freilaufdiode 15 ist nun sichergestellt, daß nach Erreichen der Spannung Null am Kondensator der Umlade­ vorgang nicht wieder von neuem beginnt, sondern daß nun über die Diode 15 sich der Strom aus der Spule langsam wieder ab­ baut, ohne daß eine erneute Umkehrung der Stromrichtung er­ folgt, sondern der inverse Strom noch längere Zeit abfließt.

Dieser Vorgang ist in Fig. 5 dargestellt und zwar beginnend mit dem Zeitpunkt des Abschaltens des Haltestroms über ein Öffnen des Schalters 12 bei gleichzeitigem Schließen des Schalters 14. In der Zeitphase A sinkt der Strom I in der Spule ab, während im Kondensator 13 die Spannung U_C entspre­ chend ansteigt, bis der Kondensator 13 vollständig geladen ist (Punkt B). Nach diesem Zeitpunkt entlädt sich in der Pha­ se C der Kondensator 13 wieder, wobei ein Strom mit umgekehr­ ter Polarität durch die Spule 10 fließt, bis die Spannung U_C im Kondensator wieder auf Null abgefallen ist.

Durch die Einwirkung der Freilaufdiode 15 baut sich der Strom in der Spule 10 langsam gegen Null ab (Phase D), wobei auch in dieser Phase die in Fig. 3 dargestellte Polarität des durch den Abwurfstrom erzeugten, den Anker stoßenden Magnet­ feldes aufrecht erhalten bleibt.

Für den Kondensator kann die Dimensionierung aus den Formeln für die gewünschte Gegenspannung abgeleitet werden. Mit Hilfe der Energieerhaltungsformeln und den Einzelformeln E/2 × LI² und E = 1/2CU² kann durch Gleichsetzung aus dem Haltstrom, der Spuleninduktivität und der gewünschten Span­ nung U die Kapazität in etwa errechnet werden zu C = L × I²/U². Die Zeit für die erste Halbwelle T/2 ergibt sich dann zu T/2 = π × L × I/U.

In der dargestellten Schaltung sind die Schalter 12 und 14 lediglich symbolisch als einfache Schalter dargestellt. In der Praxis werden hier Halbleiterschalter eingesetzt. Auch andere Arten elektronischer Schaltungen können verwendet wer­ den, sofern sie den Spulenstrom speichern und den gewünschten Gegenstromeffekt sicherstellen.

In Fig. 6 ist eine Schaltungsanordnung in Form einer soge­ nannten Brücken-Endstufe dargestellt, die es ermöglicht, die Gegenbestromung der Spule aus der Versorgungsspannung zu speisen. Für die "normale" Bestromung der Magnetspule 10 wer­ den die beiden Transistorschalter 16, 17 eingeschaltet, so daß sich ein Stromfluß von u nach v durch die Spule 10 er­ gibt. Die Höhe des fließenden Stroms richtet sich nach den entsprechenden Regelvorgaben, wobei üblicherweise der soge­ nannte Fangstrom höher liegt als nach Anlage des Ankers an der Polfläche der sogenannte Haltestrom.

Soll der Anker sich vom haltenden Magneten unter der Einwir­ kung der entsprechenden Rückstellfeder in Richtung auf den fangenden Magneten bewegen, dann werden die Transistorschal­ ter 16, 17 abgeschaltet.

Um nun eine Gegenbestromung zu bewirken, werden Transistor­ schalter 18, 19 eingeschaltet, so daß ein Stromfluß in Gegen­ richtung, d. h. von v nach u durch die Spule 10 fließt, zu­ mindest dann, wenn sich der Strom in der Ursprungsrichtung auf Null abgebaut hat, da der Strom an einer Spule sich nicht sprunghaft ändern kann. Der Abbau des Ursprungsstroms kann hierbei prinzipiell dadurch energetisch genutzt werden, daß der Strom über die Brücke in das "Versorgungsnetz" zurückge­ speist wird. Hier ist es aber auch möglich, einen sogenannten Hochspannungsfreilauf, aber auch einen normalen Freilauf in die Schaltung zu integrieren.

Sowohl bei der Bestromung über einen Speicher, wie anhand von Fig. 4 und 5 beschrieben, als auch bei einer Bestromung aus dem Versorgungsnetz, wie anhand von Fig. 6 beschrieben, wird in der Praxis in der Weise verfahren, daß der entsprechende Aktuator hinsichtlich seiner charakteristischen elektrischen und magnetischen Eigenschaften "bauartgeprüft" wird, so daß für die Ansteuerung der Elektromagneten sowohl für die Fang­ phase, d. h. die Steuerung des Fang- und Haltestroms, als auch für die Ablösephase, d. h. für die Gegenbestromung ent­ sprechende Erfahrungswerte vorliegen, die es ermöglichen, nach dem Abschalten des Haltestroms mit einer entsprechenden Verzögerung die Gegenbestromung einzuschalten. Die Gegenbe­ stromung kann schon dann zugeschaltet werden, wenn der Anker noch an der Polfläche anliegt, damit aufgrund der induktiven Wirkung in der Spule ein ausreichendes Gegenfeld rechtzeitig aufgebaut werden kann. Der für das erfindungsgemäße Verfahren energetisch wichtige Zeitraum liegt jedoch nach dem Ablösen, d. h. das Gegenfeld muß dann voll wirksam sein, wenn der An­ ker sich in seiner ersten Bewegungsphase befindet, um so durch Abstoßung eine entsprechende Umsetzung in kinetische Energie zu bewirken.

Schon bisher übliche Ankerkonzeptionen, die aufgrund des ver­ wendeten Materials und ihrer Konstruktion wirbelstrombehaftet sind, genügen, um diese bisher als Nachteil festgestellten Eigenschaften als Vorteil für die Erhöhung der Energieein­ speisung zur Erzeugung kinetischer Energie auszunutzen. Je nach Einsatzgebiet kann es zweckmäßig sein, den Anker durch zusätzliche konstruktive Maßnahmen so auszugestalten, daß beim Abschalten des Haltestroms starke Wirbelströme und damit ein entsprechend starkes Gegenfeld im Anker aufgebaut wird. Dies kann beispielsweise durch Einlagen aus Kupfer und/oder Aluminium in einen Eisenkörper bewirkt werden.

Claims (4)

1. Verfahren zur Erhöhung der Abwurfgeschwindigkeit des An­ kers einer elektromagnetisch betätigbaren Stelleinrichtung, die wenigstens einen mit einer Spule und einem Magnetjoch versehenen Elektromagneten aufweist, der bei einem die Spule durchfließenden Haltestrom gegen die Kraft eines Rückstell­ mittels den mit einer Stelleinrichtung verbundenen Anker hält, bei dem zum Abwurf des Ankers der Haltestrom abgeschal­ tet und im Bereich des hierdurch im wesentlichen vorgegebenen Zeitpunktes das Ablösen des Ankers ein Abwurfstrom mit umge­ kehrter Polarität auf die Spule über einen vorgebbaren Zeit­ raum aufgeschaltet wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Abwurfstrom durch Speicherung des sich beim Abbau des Magnet­ feldes nach Abschalten des Haltestroms in der Spule bildenden Stromes in einem Speicher, vorzugsweise einem Kondensator, gespeichert wird und durch Aufschaltung des Speichers auf die Spule wirksam wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß nach Entladung des Speichers der Abbau des Abwurfstromes in der Spule über eine Freilaufdiode ohne Änderung der Pola­ rität verlangsamt wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeich­ net, daß das Magnetjoch wirbelstromarm ausgelegt und der An­ ker wirbelstrombehaftet ausgelegt ist.