DE4237509A1

DE4237509A1 - Method and circuit arrangement for charging and discharging a load with a capacitive component

Info

Publication number: DE4237509A1
Application number: DE4237509A
Authority: DE
Inventors: S Diameter Ren Pedersen; Henrik Pedersen; Theo Wuerth
Original assignee: Danfoss AS
Current assignee: Danfoss AS
Priority date: 1992-11-06
Filing date: 1992-11-06
Publication date: 1994-05-19
Also published as: WO1994011907A1; EP0667039A1; JPH07508637A

Abstract

A method and a circuit arrangement (1) for charging and discharging a load (4) with a capacitive component is proposed, having an energy source (3) which provides a direct voltage between a positive (+) and a negative (-) or earth terminal, a charging circuit and a discharging circuit, each of which has a coil (6, 9), and switching means (7, 8, 12, 13) controlled by a controlling system (2). The charging and discharging of the load (4) is intended to be controlled in an improved manner with a method and a circuit arrangement of that kind. For that purpose the controlling system (2) compares a report-back signal (C, H, K, L) from the circuit arrangement, or a signal derived therefrom, with an external desired value signal (Vin), and actuates the switching means (7, 13, 8, 12) as a function of a difference in the two signals. The charge is supplied to or down from the load in the form of quanta, the magnitude of the quanta being variable.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Schal tungsanordnung zum Aufladen und Entladen einer Last mit einem kapazitiven Anteil, insbesondere eines piezoelek trischen Elements, mit einer Energiequelle, die zwi schen einem positiven und einem negativen beziehungs weise Masse-Anschluß eine Gleichspannung zur Verfügung stellt, einem Aufladekreis und einem Entladekreis, die jeweils eine Spule aufweisen, und mit durch eine Steu ereinrichtung gesteuerten Schaltmitteln.The invention relates to a method and a scarf arrangement for loading and unloading a load with a capacitive component, in particular a piezoelectric tric element, with an energy source that is between a positive and a negative relationship as ground connection a DC voltage is available provides a charging circuit and an unloading circuit, the each have a coil, and with a tax establishment of controlled switching means.

Bei einer bekannten Schaltungsanordnung dieser Art (EP 460 660 A2) wird ein piezoelektrisches Element, also eine Last, die im wesentlichen durch ihr kapaziti ves Verhalten gekennzeichnet ist, über einen ersten und einen zweiten Entladekreis entladen, wobei der erste Entladekreis eine Spule, eine Diode und einen Schalter aufweist und mit dem negativen Anschluß der Energie quelle verbunden ist, während der zweite Entladekreis die gleiche Spule, jedoch einen weiteren Schalter und eine weitere Diode aufweist und mit dem positiven An schluß der Energiequelle verbunden ist. Damit soll es möglich sein, einen Teil der im Piezoelement gespei cherten Ladung zur Energiequelle zurückzuführen. Die Spule ist so groß ausgelegt, daß das Piezoelement bis zu einem negativen Wert entladen wird. Die Aufladung erfolgt dann anschließend über den Aufladekreis, wobei eine Aufladespule vorgesehen ist, um das Piezoelement auf etwa den doppelten Betrag der Versorgungsspannung aufladen zu können. Das Piezoelement dient zur Steue rung eines Kraftstoff-Einspritzventils, das nur öffnen oder schließen kann.In a known circuit arrangement of this type (EP 460 660 A2) becomes a piezoelectric element, thus a burden essentially due to its capacitance ves behavior is characterized by a first and unload a second discharge circuit, the first Discharge circuit a coil, a diode and a switch has and with the negative connection of energy source is connected during the second discharge circuit the same coil, but another switch and has another diode and with the positive on conclusion of the energy source is connected. With that it should be possible to part of the stored in the piezo element secured charge to the energy source. The Coil is designed so large that the piezo element up is discharged to a negative value. The charging then takes place via the charging circuit, whereby a charging coil is provided around the piezo element to about twice the amount of the supply voltage to be able to charge. The piezo element is used for control tion of a fuel injector that only open or can close.

Aus US 5 095 256 ist eine Antriebsschaltung für ein piezoelektrisches Betätigungselement bekannt, bei dem dieselbe Spule zum Aufladen und zum Entladen des Piezo elements verwendet wird. Hierbei kann das Piezoelement allerdings nur auf den Spannungswert aufgeladen werden, den die Energiequelle zur Verfügung stellt. Beim Ent laden wird ein Teil der Energie zur Energiequelle zu rückgeführt.From US 5 095 256 a drive circuit for a known piezoelectric actuator in which the same coil for charging and discharging the piezo elements is used. Here, the piezo element but only be charged to the voltage value, which the energy source provides. When Ent will charge part of the energy to the energy source returned.

In beiden Fällen erfolgt das Aufladen und das Entladen nach einem auslösenden Signal, das beispielsweise zu einer Schalterbetätigung führt, lediglich in Abhängig keit von Systemparametern. Das Entladen kann durch die Wahl des Öffnungszeitpunkts eines Schalters in gewissen Grenzen beeinflußt werden. Verwendet man beispielsweise ein piezoelektrisches Element als Last, läßt sich le diglich die Bewegung des piezoelektrischen Elements einleiten und beenden, der Bewegungsablauf dieses Ele ments ist jedoch nicht beeinflußbar.In both cases, loading and unloading takes place after a triggering signal, for example to a switch operation leads, only dependent system parameters. Unloading can be done through the Choice of the opening time of a switch in certain Limits are affected. One uses, for example a piezoelectric element as a load, can be le diglich the movement of the piezoelectric element initiate and end the movement of this ele However, it cannot be influenced.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Schaltungsanordnung anzugeben, mit der die Aufladung und Entladung der Last besser steuerbar ist. The invention has for its object a method and specify a circuit arrangement with which the Charge and discharge of the load is more controllable.

Diese Aufgabe wird mit einem Verfahren zum Aufladen und Entladen einer Last mit kapazitivem Anteil, insbesonde re eines piezoelektrischen Elements, gelöst, bei der elektrische Ladung in Form von Quanten der Last zuge führt bzw. von der Last abgeführt werden, wobei die Größe der Quanten in Abhängigkeit von einem Eingangs signal gesteuert wird.This task is done using a charging and charging method Unloading a load with a capacitive component, in particular re of a piezoelectric element, solved where electrical charge in the form of quanta of the load leads or be removed from the load, the Size of the quanta depending on an input signal is controlled.

Ladungs-Quanten lassen sich relativ leicht messen, bei spielsweise durch Integration eines Stromes über die Zeit. Durch die Aufteilung der Ladung in einzelne Quan ten oder Pakete wird die Steuerung des Auflade- bzw. Entlade-Vorgangs ganz erheblich vereinfacht. Die zum Auf- bzw. Entladen benötigten Ströme lassen sich we sentlich einfacher kontrollieren. Da die Größe der La dungs-Quanten gesteuert wird, läßt sich diese Größe auch leicht an die apparativen oder schaltungsmäßigen Gegebenheiten anpassen. Der Schaltungsaufwand kann da her in einem vertretbar kleinen Maße gehalten werden. Durch die Verwendung von Ladungs-Quanten ist es auch möglich, die Spannung an der Last über die Versorgungs spannung hinaus anzuheben. Jede Zufuhr von Ladung zur kapazitiven Last bewirkt eine Erhöhung der Spannung an der Last, unabhängig davon, wie hoch die Spannung be reits war. Hierdurch läßt sich nebenher vorteilhafter weise der Effekt erreichen daß praktisch kein oder nur sehr wenig Leistung auf elektrischem Wege verlorengeht. Die üblichen Leitungsverluste lassen sich natürlich nicht vermeiden. Durch die Größensteuerung der Quanten ist auch sehr genau kontrollierbar, wieviel Ladung der Last zugeführt bzw. wieviel Ladung von der Last abge führt wird. Hierdurch läßt sich der aktuelle Ladungs zustand der Last besser als bisher kontrollieren.Charge quanta are relatively easy to measure, at for example by integrating a current over the Time. By dividing the cargo into individual quan The control of the charging or Unloading process greatly simplified. The for The required currents can be charged or discharged control considerably easier. Since the size of the La quantum is controlled, this size can also easy on the equipment or circuitry Adjust conditions. The circuitry can be there be kept in a reasonably small size. By using charge quanta it is too possible the voltage across the load via the supply to raise tension. Any supply of cargo to the capacitive load causes an increase in voltage the load, regardless of how high the voltage be was riding. This also makes it more advantageous wise the effect achieve that practically no or only very little power is lost electronically. The usual line losses can of course be avoided do not avoid. By controlling the size of the quantum is also very precisely controllable how much charge the Load fed or how much charge from the load leads. This allows the current charge Check the condition of the load better than before.

Bevorzugterweise werden Ströme gemessen, um die Größe der Ladungs-Quanten zu ermitteln, wobei die Größe der Quanten auch durch eine maximale Stromgröße begrenzt ist. Wenn also eine Last möglichst schnell be- oder entladen werden soll, werden nacheinander ein oder meh rere Ladungsquanten einer gleichen Größe zugeführt oder abgezogen, wobei diese Größe durch den maximalen Strom fluß begrenzt ist. Nähert sich der Ist-Ladungszustand einer vorgegebenen Soll-Größe, können diese Ladungs- Quanten in Abhängigkeit von der Differenz zwischen Ist- und Sollwert verringert werden. Durch die Begrenzung der Ladungs-Quanten auf eine maximale Größe ergibt sich zwar gelegentlich eine zeitliche Verzögerung. Die zur Durchführung des Verfahrens verwendete Schaltungsanord nung wird jedoch nur geringer belastet, was insbesonde re unter thermischen Gesichtspunkten vorteilhaft ist. Auch können Sättigungserscheinungen, wie sie in manchen Induktivitäten auch bei höheren Strömen auftreten kön nen, recht zuverlässig unterdrückt werden.Currents are preferably measured by size to determine the charge quantum, the size of the Quantum is also limited by a maximum current size is. So when loading or loading a load as quickly as possible should be unloaded, one or more in succession charge quanta of the same size are supplied or subtracted this size by the maximum current flow is limited. The actual state of charge is approaching a predetermined target size, these cargo Quantum as a function of the difference between actual and setpoint are reduced. By the limitation the charge quantum to a maximum size results occasionally a time delay. The for Circuit arrangement used to carry out the method However, there is less strain on the voltage, especially re is advantageous from a thermal point of view. Saturation symptoms can also occur, as in some Inductors can also occur at higher currents be suppressed quite reliably.

Bevorzugterweise erzeugen die bewegten Ladungs-Quanten zur Speicherung von Energie in kinetischer Form ein Magnetfeld, wobei das Magnetfeld zumindest über den größten Teil eines Auflade- bzw. Entladevorganges nicht unter einen vorbestimmten Mindestwert sinkt. Beim Auf- und beim Entladen erzeugt der zu- bzw. abfließende Strom vorzugsweise in einer Induktivität ein Magnet feld, bei dem die elektrische Energie, die in der Ener giequelle bzw. in der Last als potentielle Energie vor lag, nun in kinetischer Form zwischengespeichert wird. Die Geschwindigkeit der Ladungsübertragung ist unter anderem abhängig von der Größe des fließenden Stromes. Wenn nun gewährleistet wird, daß das Magnetfeld nicht unter einen vorbestimmten Wert absinkt, ergibt sich damit automatisch in gleicher Weise, daß auch der das Magnetfeld erzeugende Strom immer einen vorbestimmten Mindestwert hat. Damit wird aber gleichzeitig eine be stimmte Mindest-Ladungsmenge pro Zeiteinheit transpor tiert, d. h. der Last zu- oder aus ihr abgeführt. Natür lich wird die Größe des Magnetfelds beim Beginn und beim Ende des Auflade- bzw. Entladevorgangs unter schritten werden. Dies ist jedoch, gemessen an der Ge samtdauer des Auflade- bzw. Entladevorgangs, als ver nachlässigbar gering anzusehen.The moving charge quanta preferably generate for storing energy in a kinetic form Magnetic field, the magnetic field at least over the most of a charging or discharging process falls below a predetermined minimum value. When opening and when unloading, the inflow or outflow creates Current preferably in an inductor a magnet field where the electrical energy in the ener energy source or in the load as potential energy was now temporarily stored in kinetic form. The speed of charge transfer is below other depending on the size of the flowing current. If it is now ensured that the magnetic field is not falls below a predetermined value thus automatically in the same way that the Magnetic field generating current always a predetermined Has minimum value. But this will also be a agreed minimum amount of cargo per unit time animals, d. H. added to or removed from the load. Of course Lich the size of the magnetic field at the beginning and at the end of the charging or discharging process be paced. However, this is measured by the Ge total duration of the charging or discharging process, as ver negligible to look at.

In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung ist vorge sehen, daß die Last in mehrere Teillasten aufgeteilt ist und das beim Entladen einer Teillast in einer In duktivität erzeugte Magnetfeld beim Aufladen einer an deren Teillast zum Antreiben der Ladungs-Quanten ver wendet wird. Dies ist insbesondere dann von Vorteil, wenn die beiden Teillasten in Abhängigkeit von ihrem Ladungszustand gegenphasig arbeiten. Durch das Umladen lassen sich relativ schnelle Prozesse verwirklichen, wobei gleichzeitig eine gegenseitige Abhängigkeit ohne größeren Schaltungsaufwand eingehalten werden kann.In a further preferred embodiment, it is provided see that the load is divided into several partial loads and that when unloading a partial load in an In ductility generated magnetic field when charging an whose partial load ver drives the charge quanta is applied. This is particularly advantageous if the two partial loads depending on their Work charge state in phase opposition. By reloading relatively fast processes can be implemented, being interdependent at the same time greater circuit complexity can be maintained.

Die Aufgabe wird bei einer Schaltungsanordnung der ein gangs genannten Art dadurch gelöst, daß die Steuerein richtung ein Rückmeldesignal aus der Schaltungsanord nung oder ein davon abgeleitetes Signal mit einem ex ternen Sollwert-Signal vergleicht und die Schaltmittel in Abhängigkeit von einer Differenz der beiden Signale betätigt.The task is in a circuit arrangement of a gangs mentioned solved in that the Steuerein direction a feedback signal from the circuit arrangement voltage or a signal derived therefrom with an ex compares the internal setpoint signal and the switching means depending on a difference between the two signals operated.

Auf diese Weise ist es möglich, die Aufladung und die Entladung einem vorgegebenen Verlauf nachzuführen. Bei Verwendung eines piezoelektrischen Elements läßt sich damit die Ausdehnung oder das Zusammenziehen des piezo elektrischen Elements gezielt beeinflussen. Da immer nur so viel Ladung in die Last hineingegeben wird, wie es notwendig ist, um eine Übereinstimmung zwischen dem Sollwert-Signal und dem Rückmeldesignal zu erzielen, wird Energie gespart.In this way it is possible to charge and the Tracking discharge according to a predetermined course. At A piezoelectric element can be used thus the expansion or contraction of the piezo selectively influence electrical element. There always only as much charge is put into the load as it is necessary to have a match between the To achieve the setpoint signal and the feedback signal, energy is saved.

In einer bevorzugten Ausgestaltung weist der Auflade kreis einen ersten Auflade-Stromkreis, in dem eine La despule und die Energiequelle, nicht jedoch die Last, in einem Umlauf zusammengeschaltet sind, und einen zweiten Auflade-Stromkreis auf, in dem die Ladespule mit der Last verbunden und der Umlauf unterbrochen ist, wobei die Steuereinrichtung in Abhängigkeit von der Differenz vom ersten zum zweiten Stromkreis und umge kehrt umschaltet. Mit einer derartigen Ausgestaltung ist es möglich, auch mit einer relativ kleinen Versor gungsspannung der Energiequelle die Last auf hohe Span nungswerte aufzuladen. Hierbei wird die Ladespule als Energie-Zwischenspeicher verwendet. Die Energiequelle muß lediglich in der Lage sein, einen Strom einer aus reichenden Größe zu liefern. Wenn in dem Umlauf die Spannung an die Spule angelegt wird, bildet sich ein stetig wachsender Strom im ersten Auflade-Stromkreis aus. Wird nun der Stromlauf unterbrochen und der zweite Auflade-Stromkreis geschaltet, fließt der durch die Spule fließende Strom weiter und transportiert Ladung in die Last. Hierdurch steigt die Spannung an der Last an. Durch wiederholtes Umschalten zwischen dem ersten und dem zweiten Stromkreis ist es damit möglich, in der Last eine Spannung zu erzeugen, die die Spannung der Energiequelle um ein Mehrfaches übersteigt. Dies er laubt es nicht nur, die Energiequelle relativ preiswert auszubilden. Mit dieser Maßnahme ist es auch möglich, auf einfache Art und Weise Energie dadurch zu sparen, daß die in der Last gespeicherte Ladung wieder zur Energiequelle zurückgespeist wird. Zumindest so lange, wie die Spannung an der Last die Spannung der Energie quelle übersteigt, kann die Ladung aus der Last beim Entladen problemlos wieder in die Energiequelle zurück fließen. Zu diesem Zweck kann die Energiequelle bei spielsweise einen Leistungskondensator beinhalten.In a preferred embodiment, the charging has circuit a first charging circuit in which a La despule and the energy source, but not the load, are interconnected in one circulation, and one second charging circuit in which the charging coil connected to the load and the circulation is interrupted, the control device depending on the Difference from the first to the second circuit and vice versa returns toggles. With such a configuration it is possible even with a relatively small versor voltage of the energy source the load on high span charging values. Here, the charging coil as Energy cache used. The energy source just needs to be able to get a current out of one deliver sufficient size. If in circulation the Voltage is applied to the coil forms steadily growing current in the first charging circuit out. Now the circuit is interrupted and the second Charging circuit switched, flows through the Current continues to flow and transports charge in the load. This increases the voltage on the load at. By repeatedly switching between the first and the second circuit it is possible in the Last to generate a tension that is the tension of the Energy source exceeds several times. This he it not only leaves the energy source relatively inexpensive to train. With this measure it is also possible to save energy in a simple way, that the load stored in the load back to Energy source is fed back. At least as long like the tension on the load the tension of the energy exceeds the source, the load can be removed from the load Discharge back into the energy source without any problems flow. For this purpose, the energy source can include, for example, a power capacitor.

Um auf einen möglichst großen Teil der restlichen Ener gie aus der Last zurückzugewinnen, ist in einer weite ren bevorzugten Ausgestaltung vorgesehen, daß der Ent ladekreis einen ersten Entlade-Stromkreis aufweist, der eine Entladespule und die mit einem ersten Spulenan schluß verbundene Last enthält, und einen zweiten Ent lade-Stromkreis, in dem die Entladespule nicht mit der Last verbunden ist, wobei Schaltmittel vorgesehen sind, die eine Verbindung des anderen Spulenanschlusses mit dem Masseanschluß beziehungsweise dem negativen An schluß der Energiequelle unterbrechen und dieser andere Spulenanschluß über eine Diode mit dem positiven An schluß der Energiequelle verbunden ist. Beim Entladen kann nun ein erster Stromkreis geschaltet werden, in dem die Last einen Strom durch die Entladespule treibt. Sobald der Strom eine gewisse Größe erreicht hat, kann die Verbindung zur Last unterbrochen werden. Der in der Spule fließende Strom, der Energie in kinematischer Form speichert, wird dann in die Energiequelle zurück gespeist, wobei die kinetische Energie in potentielle Energie umgesetzt wird. Auf diese Weise ist es nicht nur möglich, die in der Last gespeicherte Energie zu einem großen Teil wieder zurückzugewinnen. Es ist auch möglich, die Last auf einen negativen Wert umzuladen, was im Zusammenhang mit piezoelektrischen Elementen von Vorteil sein kann.To get as much of the remaining energy as possible Gaining back from the load is a long way off ren preferred embodiment provided that the Ent charging circuit has a first discharge circuit which a discharge coil and the one with a first coil finally connected load, and a second Ent charging circuit in which the discharge coil is not connected to the Load is connected, switching means being provided, a connection of the other coil connection with the ground connection or the negative connection interrupt the power source and this other Coil connection via a diode with the positive on conclusion of the energy source is connected. When discharging a first circuit can now be switched in which the load drives a current through the discharge coil. As soon as the current has reached a certain size, can the connection to the load is interrupted. The Indian Coil flowing current, the energy in kinematic Shape stores, is then returned to the energy source fed with the kinetic energy in potential Energy is implemented. That way it is not only possible to save the energy stored in the load to recover a large part. It is also possible to transfer the load to a negative value, what related to piezoelectric elements from Can be an advantage.

Die Steuereinrichtung schaltet bevorzugterweise inner halb einer Periode vom ersten zum zweiten Stromkreis und zurück, wobei alle Perioden die gleiche Länge ha ben. Mit dieser Maßnahme wird einerseits die Steuerung vereinfacht. Die Steuereinrichtung kann hierzu bei spielsweise getaktet werden. Andererseits läßt sich hiermit erreichen, daß Schwingungen, die durch das Schalten der Schaltmittel angeregt werden könnten, in einem vorbestimmten Frequenzbereich bleiben. Da eine Schaltungsanordnung aufgrund der Leitungen praktisch nicht ohne induktive Elemente aufgebaut werden kann und sich zusammen mit dem kapazitiven Anteil der Last damit zwangsläufig Schwingkreise ergeben, läßt sich durch eine entsprechende Wahl der Periodenlängen ein Fre quenzbereich einstellen, der weit genug von den Eigen frequenzen der Schwingkreise entfernt ist.The control device preferably switches internally half a period from the first to the second circuit and back, with all periods having the same length ha ben. With this measure, on the one hand, the control simplified. The control device can do this be clocked for example. On the other hand, hereby achieve that vibrations caused by the Switching the switching means could be excited in remain within a predetermined frequency range. There one Circuit arrangement practical due to the lines cannot be built without inductive elements and together with the capacitive portion of the load inevitably result in resonant circuits, can be by a corresponding choice of period lengths a fre Set the frequency range that is far enough from your own frequencies of the resonant circuits is removed.

Dies läßt sich noch weiter dadurch verbessern, daß die Zeitdauer innerhalb einer Periode, in der der erste Stromkreis aktiv ist, auf einen vorbestimmten Maximal wert begrenzt ist. In diesem Fall lassen sich auch Fre quenzen ausschließen, die durch das Schalten innerhalb einer Periode entstehen können.This can be further improved by the fact that Time period within a period in which the first Circuit is active to a predetermined maximum value is limited. In this case, Fre exclude sequences caused by switching within a period can arise.

Bevorzugterweise mißt die Steuereinrichtung zumindest in einem Teil der Periode den Strom durch die Spulen und schaltet vom ersten zum zweiten Stromkreis um, wenn der Strom einen vorbestimmten Maximalwert erreicht. Hierdurch wird nicht nur eine Überlastung der Spulen, beispielsweise eine thermische Überlastung, vermieden. Man vermeidet auch, daß die Spulen durch einen zu gro ßen Strom in die Sättigung geraten. Auch diese Maßnahme dient der Energieeinsparung. Der Wirkungsgrad der Schaltungsanordnung wird dadurch erhöht.The control device preferably measures at least in part of the period the current through the coils and switches from the first to the second circuit when the current reaches a predetermined maximum value. This will not only overload the coils, for example, thermal overload avoided. It is also avoided that the coils are too big current saturate. This measure too serves to save energy. The efficiency of the Circuit arrangement is thereby increased.

Auch ist bevorzugt, daß die Steuereinrichtung die in die Last geflossene Ladung ermittelt. Bei einem piezo elektrischen Element ist diese Ladung etwa proportional zur Ausdehnung des Elements. Über die zugeführte Ladung läßt sich also die Ausdehnung des piezoelektrischen Elements steuern.It is also preferred that the control device in the load flowed load determined. With a piezo electrical element, this charge is approximately proportional to expand the element. About the supplied load So the expansion of the piezoelectric Control elements.

Hierzu ermittelt die Steuereinrichtung bevorzugterweise die Spannung über der Last. Die Spannung ist ein Maß für die in die Last hineingeflossene Ladung, wobei ge gebenenfalls Nichtlinearitäten und Hysterese-Effekte berücksichtigt werden müssen.For this purpose, the control device preferably determines the voltage across the load. The tension is a measure for the load flowing into the load, where ge possibly non-linearities and hysteresis effects must be taken into account.

Zusätzlich oder alternativ dazu kann die Steuereinrich tung den in die beziehungsweise aus der Last fließenden Strom oder einen entsprechenden Strom messen und über die Zeit aufintegrieren. Die Strommessung kann bei spielsweise über einen Meßwiderstand mit Hilfe eines Meßverstärkers erfolgen. Der Meßwiderstand ist hierzu in Reihe mit der Spule geschaltet. Da der Strom einem Ladungsfluß, d. h. einer Ladung pro Zeit, entspricht, muß das zeitliche Integral des Stromes der in die Last hineingeflossenen Ladung entsprechen. Durch die Inte gration, die sich mit bekannten und einfachen Schal tungselementen realisieren läßt, kann man daher relativ leicht eine Aussage über die in die Last hineingeflos sene Ladung gewinnen. Wenn der in Reihe mit der Spule geschaltete Meßwiderstand klein genug ist, hat er prak tisch nur einen vernachlässigbaren Einfluß auf die Energiebilanz der Schaltungsanordnung.In addition or as an alternative to this, the control device tion flowing into or out of the load Measure current or a corresponding current and over integrate time. The current measurement can be at for example via a measuring resistor with the help of a Measuring amplifier done. The measuring resistor is for this connected in series with the coil. Because the current is one Charge flow, d. H. one charge per time, must be the time integral of the current flowing into the load correspond to the charge that has flowed into it. Through the inte gration that deals with familiar and simple scarf tion elements can be realized, you can therefore relatively easily make a statement about who flopped into the load win his charge. If the in line with the coil switched measuring resistor is small enough, it has prak only a negligible influence on the table Energy balance of the circuit arrangement.

Hierbei ist besonders bevorzugt, daß die Steuereinrich tung den im ersten Stromkreis durch die jeweilige Spule fließenden Strom mißt. Dies ist zwar nicht der Strom, der unmittelbar in die Last hineinfließt. Es ist aber der Strom, der als kinetische Energie in der Spule zwi schengespeichert ist. Da diese kinetische Energie in die Last abfließt, ist es unerheblich, ob man den Strom mißt, der zum Aufbau, oder den, der zum Abbau des Fel des in der Spule dient.It is particularly preferred that the Steuereinrich tion in the first circuit through the respective coil flowing current. While this is not the stream that flows directly into the load. But it is the current, which as kinetic energy in the coil between is cached. Because this kinetic energy in the load drains away, it doesn't matter if you have the electricity measures the one to build up or the one to dismantle the field the serves in the coil.

In einer bevorzugten Ausgestaltung weist die Entlade spule an beiden Spulenanschlüssen Schaltmittel auf, wobei der erste Spulenanschluß mit der Kathode einer ersten Entladediode verbunden ist, deren Anode mit der Masse beziehungsweise dem negativen Anschluß der Ener giequelle verbunden ist, und der zweite Spulenanschluß mit der Anode einer zweiten Entladediode verbunden ist, deren Kathode mit dem positiven Anschluß der Energie quelle verbunden ist. Mit einer derartigen Ausgestal tung läßt sich zunächst ein Feld in der Entladespule aufbauen, das durch einen Strom aus der Last gespeist wird. Nach der Unterbrechung des Strompfades von der Last zur Entladespule und der Unterbrechung des Pfades auf der anderen Spulenseite wird dann ein Strompfad gebildet, der vom negativen Anschluß der Energiequelle über die Entladespule und die zweite Entladediode zum positiven Anschluß der Energiequelle führt. Die im Feld der Entladespule gespeicherte kinetische Energie wird dann an die Energiequelle abgegeben. Auf diese Art und Weise ist es möglich, einen Großteil der in der Last gespeicherten Energie wieder zurückzugewinnen. Ohne diese Maßnahme wäre sichergestellt, daß die Last bis auf eine Spannung entladen wird, die der Spannung an der Energiequelle entspricht. Mit dieser Ausgestaltung ist es aber möglich, durch wiederholtes Hin- und Her schalten zwischen erstem und zweitem Stromkreis die Last noch weiter zu entladen, gegebenenfalls sogar bis auf negative Werte umzuladen.In a preferred embodiment, the discharge wind up switching means at both coil connections, wherein the first coil connection with the cathode one is connected to the first discharge diode, the anode of which Earth or the negative connection of the energy Giequelle is connected, and the second coil connection is connected to the anode of a second discharge diode, whose cathode with the positive connection of the energy source is connected. With such a configuration tion can first be a field in the discharge coil build up that is powered by a current from the load becomes. After interrupting the current path from the Load to the discharge coil and the interruption of the path on the other side of the coil there is a current path formed by the negative connection of the energy source via the discharge coil and the second discharge diode to leads positive connection of the energy source. The one in the field kinetic energy stored in the discharge coil then released to the energy source. This way and Way it is possible to have much of that in the load regain stored energy. Without this measure would ensure that the load is up to is discharged to a voltage that corresponds to the voltage corresponds to the energy source. With this configuration it is possible, however, by repeated back and forth switch between the first and second circuit Unload the load further, possibly even up to reload to negative values.

Hierbei ist es besonders bevorzugt, daß Schaltmittel vorgesehen sind, die den Strompfad durch die erste Ent ladediode unterbrechen, und der erste Spulenanschluß über Schaltmittel direkt mit dem positiven Anschluß der Energiequelle verbunden ist, wobei die erste Entlade diode mit Masse verbunden ist. Auf diese Weise läßt sich eine Entladung der Last bis zu negativen Werten auch dann realisieren, wenn die Energiequelle selbst keinen negativen Anschluß, sondern nur einen Masse-An schluß aufweist.It is particularly preferred here that switching means are provided which the current path through the first Ent interrupt the charging diode, and the first coil connection via switching means directly to the positive connection of the Energy source is connected, the first discharge diode is connected to ground. That way there is a discharge of the load up to negative values realize even if the energy source itself no negative connection, only a ground connection has conclusion.

Bevorzugterweise ist im zweiten Auflade-Stromkreis eine Aufladediode mit der Aufladespule in Reihe geschaltet, wobei Schaltmittel zwischen der Diode und der Last an geordnet sind. Mit diesen Schaltmitteln läßt sich eine unbeabsichtigte Aufladung der kapazitiven Last verhin dern. Diese unbeabsichtigte Aufladung kann beispiels weise dann erfolgen, wenn die kapazitive Last eine ne gative Ladung hat. In diesem Fall könnte ein unkontrol lierter Strom durch die Aufladespule und die Auflade diode fließen, was zu einer ebenso unkontrollierten Längenänderung führen könnte, wenn ein Piezoelement verwendet würde.There is preferably one in the second charging circuit Charging diode connected in series with the charging coil, where switching means between the diode and the load on are ordered. With these switching means one can prevent accidental charging of the capacitive load other. This unintended charging can, for example wise when the capacitive load is a ne negative charge. In this case, an uncontrolled gated current through the charging coil and charging diode flow, resulting in an equally uncontrolled Length change could result if a piezo element would be used.

Hierbei ist bevorzugt, daß eine Spannungsbegrenzungs einrichtung parallel zur Reihenschaltung aus Auflade spule und Aufladediode angeordnet ist. Eine derartige Spannungsbegrenzungseinrichtung kann beispielsweise durch eine Zenerdiode gebildet sein. Natürlich sind auch andere aktive oder passive Bauelemente verwendbar. Eine derartige Spannungsbegrenzungseinrichtung vermei det den Durchschlag von störenden Spannungsspitzen auf die Schaltungsanordnung, wie sie sich beim Betätigen der Schaltmittel ergeben könnten.It is preferred that a voltage limitation Installation parallel to the series connection from charging coil and charging diode is arranged. Such Voltage limiting device can for example be formed by a zener diode. Are natural other active or passive components can also be used. Avoid such a voltage limiting device detects the breakdown of disturbing voltage peaks the circuit arrangement as it is when pressed the switching means could result.

Vorteilhafterweise weist die Last auch einen ohmschen und/oder induktiven Anteil auf. In jedem Fall ist aber ein kapazitiver Anteil vorhanden. Diese Schaltungsan ordnung läßt sich dann insbesondere vorteilhaft einset zen, wenn bei einer derartigen Last eine Spannung er wünscht ist, die um ein Vielfaches höher als die Ver sorgungsspannung der Energiequelle ist.The load advantageously also has an ohmic one and / or inductive portion. In any case, however a capacitive share exists. This circuit order can then be used particularly advantageously zen, when there is a voltage under such a load is desired, which is many times higher than the Ver supply voltage of the energy source is.

Mit Vorteil sind die Aufladespule und die Entladespule durch das gleiche Bauteil gebildet, das auf der Diago nalen eine Brückenschaltung angeordnet ist, deren Zwei ge jeweils Schaltmittel aufweisen und über deren andere Diagonale die Energiequelle angeschlossen ist, wobei die Last in Reihe mit Schaltmitteln mit einem Brücken punkt verbunden ist, mit dem auch die das Bauteil ent haltende Diagonale verbunden ist. Hierdurch wird ein preisgünstiger und kompakter Aufbau der Schaltungsan ordnung erreicht. Die gleiche Spule kann sowohl zur Aufladung als auch zur Entladung verwendet werden, wo bei auch hier die Aufladung auf eine höhere Spannung ermöglicht wird, als sie durch die Energiequelle zur Verfügung gestellt wird. Bei entsprechender Ansteuerung kann die Spule beim Entladen die Last in den negativen Bereich führen.The charging coil and the discharging coil are advantageous formed by the same component that on the Diago nals a bridge circuit is arranged, the two ge each have switching means and over the other The energy source is connected diagonally, whereby the load in series with switching devices with a bridge point is connected with which the component ent holding diagonal is connected. This will be a inexpensive and compact construction of the circuit order achieved. The same coil can be used for both Charging can also be used for discharging where when charging to a higher voltage is made possible by the energy source Is made available. With appropriate control the coil can discharge the load into the negative Lead area.

Bevorzugterweise weist die Diagonale in Reihe mit dem Bauteil einen Meßwiderstand auf. Damit kann der Strom durch die Spule ständig kontrolliert werden. Es ist dann eine Strommeßeinrichtung erforderlich, mit der beispielsweise das Rückmeldesignal gewonnen werden kann, um den Auflade- und den Entladevorgang der Last entsprechend äußerer Vorgaben zu kontrollieren und nachzuführen.The diagonal preferably points in series with the Component a measuring resistor. So that the current be constantly checked by the coil. It is then a current measuring device is required with which for example, the feedback signal can be obtained can to the charge and discharge of the load to control according to external guidelines and track.

Bevorzugterweise ist die Last in mehrere Teillasten aufgeteilt, wobei zwei Teillasten in Reihe mit Schalt mitteln mit entgegengesetzten Enden der Diagonalen ver bunden sind. Ein Umladen der beiden Teillasten, d. h. ein Entladen der einen Teillast und ein Aufladen der anderen Teillast, erfolgt dann über die Diagonale, wo bei die elektrische Energie in kinetischer Form in der Spule, die hierbei gleichzeitig die Funktion einer Ent lade- und einer Aufladespule erfüllt, zwischengespei chert wird. Man erreicht hiermit nicht nur einen ein fachen Ladungsausgleich zwischen den beiden Teillasten, der letztendlich dazu führen würde, daß beide Teilla sten die gleiche Ladung enthalten, sondern man kann hierdurch tatsächlich ein vollständiges Entladen der einen Teillast, gegebenenfalls sogar ein Umladen zu einer negativen Polarität, erreichen, während im glei chen Verfahrensablauf die andere Teillast aufgeladen wird.The load is preferably divided into several partial loads divided, two partial loads in series with switching ver with opposite ends of the diagonals are bound. Reloading the two partial loads, i. H. unloading one part load and charging the other part load, then takes place across the diagonal where at the electrical energy in kinetic form in the Coil, which also functions as an Ent charging and a charging coil fulfilled, cached is saved. You don't just get one load equalization between the two partial loads, which would ultimately lead to both Teilla most contain the same charge, but you can this actually completely discharges the a partial load, possibly even reloading a negative polarity, while in the same Chen procedure the other partial load charged becomes.

Hierbei können mehrere Teillasten mit zugeordneten Schaltmitteln in Reihe parallel zueinander mit einem der Brückenpunkte verbunden sein, mit denen auch die Diagonale verbunden ist. Über die Schaltmittel kann jede Teillast individuell auf- bzw. entladen werden. In diesem Fall können die beiden mit einem Brückenpunkt der Diagonalen verbundenen Teillasten parallel zuein ander oder nacheinander aufgeladen oder entladen wer den. Gegebenenfalls können sie auch so verschaltet wer den, daß ein Ladungsausgleich zwischen ihnen stattfin det.Here, several partial loads can be assigned Switching means in series with one another in parallel of the bridge points with which the Diagonal is connected. About the switching means can each partial load can be charged or discharged individually. In In this case, the two can use a bridge point of the diagonal connected partial loads in parallel charged or discharged differently or successively the. If necessary, they can also be interconnected that there is a charge balance between them det.

Die Erfindung betrifft auch die Verwendung einer Schal tungsanordnung in einer hydraulischen oder pneumati schen Ventilanordnung, wobei die Teillasten als piezo elektrische Elemente ausgebildet und in Brückenzweigen einer hydraulischen oder pneumatischen Brückenschaltung angeordnet sind, in deren Diagonalen ein Hauptschieber eines hydraulischen oder pneumatischen Ventils angeord net ist. Über die Ladungszufuhr oder -abfuhr läßt sich die Längenausdehnung der Piezoelemente steuern. Hierbei lassen sich Drosselspalte von Steuerventilen, die die piezoelektrischen Elemente als Stellglieder enthalten und die in den Brückenzweigen der hydraulischen oder pneumatischen Brückenschaltung angeordnet sind, nicht nur vollständig schließen oder vollständig öffnen, son dern auch gezielt vergrößern oder verkleinern. Damit lassen sich die auf den Hauptschieber wirkenden Drücke relativ genau und vor allem sehr schnell einstellen. Da die piezoelektrischen Elemente sehr schnell reagieren, läßt sich auch eine sehr schnelle Einstellung der auf den Hauptschieber wirkenden Drücke vornehmen, wobei beispielsweise Schwingungen, die in dem hydraulischen oder pneumatischen System, in dem das Ventil enthalten ist, ausgeglichen oder kompensiert werden können. Die durch die piezoelektrischen Elemente betätigten Hilfs ventile können in allen vier Brückenzweigen angeordnet sein. Es reicht in einigen Anwendungsfällen aber auch aus, wenn sie nur in zwei parallelen Brückenzweigen angeordnet sind, wenn in den beiden in Reihe mit diesen beiden Brückenzweigen liegenden anderen Brückenzweigen feste Drosseln vorgesehen sind. The invention also relates to the use of a scarf arrangement in a hydraulic or pneumatic rule valve arrangement, the partial loads as piezo electrical elements formed and in bridge branches a hydraulic or pneumatic bridge circuit are arranged, in the diagonals of a main slide a hydraulic or pneumatic valve is not. The charge can be supplied or removed control the linear expansion of the piezo elements. Here can be throttle column of control valves that the contain piezoelectric elements as actuators and those in the bridge branches of the hydraulic or pneumatic bridge circuit are not arranged only close completely or fully open, son they also specifically enlarge or reduce. In order to the pressures acting on the main slide set relatively precisely and above all very quickly. There the piezoelectric elements react very quickly, can also be a very quick setting on pressures acting on the main slide, whereby for example vibrations in the hydraulic or pneumatic system in which the valve is included is, can be compensated or compensated. The actuated by the piezoelectric elements auxiliary valves can be arranged in all four bridge branches his. In some applications, however, it is also sufficient if they are only in two parallel bridge branches are arranged when in series with these in the two other bridge branches lying on both bridge branches fixed chokes are provided.

Die Erfindung wird im folgenden anhand von bevorzugten Ausführungsbeispielen beschrieben. Hierin zeigen:The invention is based on preferred in the following Described embodiments. Show here:

Fig. 1 ein erstes Ausführungsbeispiel einer Schal tungsanordnung, Fig. 1 a first embodiment of processing arrangement of a scarf,

Fig. 2 ein zweites Ausführungsbeispiel einer Schal tungsanordnung, Fig. 2 shows a second embodiment of a sound processing arrangement,

Fig. 3 Signalverläufe an verschiedenen Punkten der Schaltungsanordnung nach Fig. 1, Fig. 3 waveforms at various points in the circuit arrangement of FIG. 1,

Fig. 4 Signalverläufe an den Punkten der Schaltungs anordnung nach Fig. 1 bei geänderten Vorga ben, Fig. 4 signal waveforms at the points of the circuit arrangement of FIG. 1 at ben changed Vorga,

Fig. 5-7 alternative Ausgestaltungen einer Last, Fig. 5-7, alternative embodiments of a load,

Fig. 8 ein drittes Ausführungsbeispiel einer Schal tungsanordnung,8 shows a third embodiment of tung arrangement of a scarf.,

Fig. 9 eine Ausführung der Schaltungsanordnung, Fig. 9 shows an embodiment of the circuit arrangement,

Fig. 10 ein viertes Beispiel einer Schaltungsanord nung, Fig. 10 shows a fourth example of a Schaltungsanord voltage,

Fig. 11 eine erste Brückenschaltung und Fig. 11, a first bridge circuit, and

Fig. 12 eine zweite Brückenschaltung. Fig. 12 shows a second bridge circuit.

Fig. 1 zeigt eine erste Ausgestaltung einer Schaltungs anordnung 1 mit einer Steuereinrichtung 2 und einer Energiequelle 3. Die Energiequelle 3 weist einen mit "+i" gekennzeichneten positiven Anschluß, einen mit gekennzeichneten negativen Anschluß und einen Masse- Anschluß auf. Der positive Anschluß der Energiequelle 3 ist mit einer Aufladespule 6 verbunden. Die Aufladespu le 6 ist über eine Aufladediode 5 und einen Schalter 13 mit der Last 4 verbunden, die in dieser Ausgestaltung als Kapazität dargestellt ist. Zwischen der Aufladespu le 6 und der Aufladediode 5 zweigt eine Leitung mit einem Schalter 7 ab, der über einen Meßwiderstand 16 mit dem negativen Anschluß der Energiequelle 3 verbun den ist. Parallel zur Reihenschaltung aus der Auflade spule 6 und der Aufladediode 5 ist eine Zenerdiode 20 als Spannungsbegrenzungseinrichtung geschaltet. Fig. 1 shows a first embodiment of a circuit arrangement 1 with a control device 2 and an energy source 3rd The energy source 3 has a positive connection marked "+ i", a negative connection marked and a ground connection. The positive connection of the energy source 3 is connected to a charging coil 6 . The Aufladespu le 6 is connected via a charging diode 5 and a switch 13 to the load 4 , which is shown in this embodiment as a capacitance. Between the Aufladespu le 6 and the charging diode 5 branches off a line with a switch 7 , which is connected via a measuring resistor 16 to the negative terminal of the energy source 3 . In parallel to the series connection of the charging coil 6 and the charging diode 5 , a Zener diode 20 is connected as a voltage limiting device.

Die Last 4 ist einerseits mit Masse verbunden. Das an dere Ende, das mit dem Schalter 13 verbunden ist, ist auch mit einem Schalter 8 verbunden, der wiederum mit einer Entladespule 9 verbunden ist. Zwischen dem Schal ter 8 und der Entladespule 9 ist die Kathode einer er sten Entladediode 11 angeschlossen. Die Anode dieser ersten Entladediode 11 ist mit dem negativen Anschluß der Energiequelle 3 verbunden. Die Entladespule 9 ist über einen Schalter 12 und einen Meßwiderstand 15 eben falls mit dem negativen Anschluß der Energiequelle 3 verbunden.The load 4 is connected to ground on the one hand. The other end, which is connected to the switch 13 , is also connected to a switch 8 , which in turn is connected to a discharge coil 9 . Between the scarf ter 8 and the discharge coil 9 , the cathode of a discharge diode 11 he is most connected. The anode of this first discharge diode 11 is connected to the negative connection of the energy source 3 . The discharge coil 9 is just via a switch 12 and a measuring resistor 15 if connected to the negative terminal of the energy source 3 .

Zwischen der Entladespule 9 und dem Schalter 12 ist die Anode einer zweiten Entladediode 10 angeschlossen, de ren Kathode mit dem positiven Anschluß der Energiequel le 3 verbunden ist.Between the discharge coil 9 and the switch 12 , the anode of a second discharge diode 10 is connected, de ren cathode is connected to the positive terminal of the energy source 3 .

Die beiden Meßwiderstände 15, 16 sind sehr niederohmig.The two measuring resistors 15 , 16 are very low.

Die Steuereinrichtung 2 hat einen Eingangsanschluß 17, über den eine externe Sollwert-Spannung Vin zugeführt wird.The control device 2 has an input connection 17 , via which an external setpoint voltage Vin is supplied.

Die Steuereinrichtung 2 hat ferner Meßeingänge C, L, K und H, über die sie die Spannung über den Meßwiderstand 16 und damit den Strom durch den Schalter 7, die Span nung über der Last 4 und die Spannung über den Meßwi derstand 15 und damit den Strom durch den Schalter 12 mißt.The control device 2 also has measurement inputs C, L, K and H, via which they the voltage across the measuring resistor 16 and thus the current through the switch 7 , the voltage across the load 4 and the voltage across the Meßwi resistance 15 and thus the Current through switch 12 measures.

Ferner hat die Steuereinrichtung 2 Ausgänge B, D, F und G, mit deren Hilfe sie Steuersignale zur Betätigung der Schalter 7, 13, 8 und 12 abgeben kann.Furthermore, the control device has 2 outputs B, D, F and G, with the aid of which it can emit control signals for actuating the switches 7 , 13 , 8 and 12 .

In einer alternativen, nicht dargestellten Ausgestal tung können die Meßwiderstände 15, 16 auch direkt in Reihe mit der Aufladespule 6 bzw. der Entladespule 9 angeordnet sein. In diesem Fall mißt die Steuereinrich tung 2 den Strom durch die Spulen 6, 9 nicht nur dann, wenn die Schalter 7 bis 12 geschlossen sind, sondern permanent.In an alternative, not shown embodiment, the measuring resistors 15 , 16 can also be arranged directly in series with the charging coil 6 or the discharge coil 9 . In this case, the Steuereinrich device 2 measures the current through the coils 6 , 9 not only when the switches 7 to 12 are closed, but permanently.

Zur Erläuterung der Arbeitsweise der Schaltungsanord nung sind in den Fig. 3 und 4 die Signale an den Lei tungen bzw. Punkten A-K aufgetragen. Hierbei stellt die Kurve A das Sollwert-Signal Vin dar, das in Fig. 3 aus einem Sprungsignal besteht, während es in Fig. 4 ein sich stetig änderndes Signal ist.To explain the operation of the circuit arrangement, the signals at the lines or points AK are plotted in FIGS . 3 and 4. Curve A represents the setpoint signal Vin, which in FIG. 3 consists of a step signal, while in FIG. 4 it is a constantly changing signal.

Zum Aufladen der Last 4 wird der Schalter 13 geschlos sen. Ein Schalter ist immer dann geschlossen, wenn das zugehörige Signal einen positiven Wert annimmt. Die Steuereinrichtung 2 schließt nun periodisch den Schal ter 7, wobei sich ein Umlauf bildet, der einen Strom fluß von der Energiequelle 3 durch die Spule 6, den Schalter 7 und den Meßwiderstand 16 zurück zur Energie quelle 3 bewirkt. Hierbei baut sich ein Feld in der Spule 6 auf. Wenn das Feld groß genug ist, wird der Schalter 7 geöffnet. Da der Strom in der Aufladespule 6 nicht springen kann, sondern weiterfließen muß, fließt der Strom durch die Aufladediode 5 und den geschlosse nen Schalter 13 in die Last 4, da der Schalter 8 geöff net ist. Aufgrund der sich in der Last 4 aufbauenden oder in späteren Perioden bereits vorhandenen Gegen spannung wird das Feld in der Aufladespule 6 abgebaut. Der Schalter 7 wird nun wieder unter der Steuerung der Steuerungseinrichtung 2 geschlossen und geöffnet, so daß die Last 4 Stufenweise aufgeladen wird. Die Steuereinrichtung 2 mißt dabei den Strom durch den Meß widerstand 16, wie es in Fig. 3C dargestellt ist. Dies ist zwar nicht der Strom, der in die Last 4 hinein fließt. Wie sich aber durch einen Vergleich der Fig. 3C bzw. 4C mit den Fig. 3E bzw. 4E feststellen läßt, ent spricht der Stromzuwachs in Zeile C der Fig. 4 und 4 genau der Stromabnahme in Zeile E der Fig. 3 und 4. Dies ist der Strom durch die Aufladediode 5. Die Strom messung durch den den Schalter 7 enthaltenden Ast gibt also eine Aussage darüber, wieviel Strom in die Last 4 hineinfließt.To charge the load 4 , the switch 13 is closed. A switch is always closed when the associated signal takes a positive value. The control device 2 now periodically closes the scarf ter 7 , forming a cycle that causes a current flow from the energy source 3 through the coil 6 , the switch 7 and the measuring resistor 16 back to the energy source 3 . Here, a field builds up in the coil 6 . If the field is large enough, switch 7 is opened. Since the current in the charging coil 6 cannot jump, but must continue to flow, the current flows through the charging diode 5 and the closed switch 13 into the load 4 , since the switch 8 is open. Due to the build-up in the load 4 or already existing in later periods, the field in the charging coil 6 is reduced. The switch 7 is now closed and opened again under the control of the control device 2 , so that the load 4 is gradually charged. The control device 2 measures the current through the measuring resistor 16 , as shown in Fig. 3C. This is not the current that flows into the load 4 . However, as can be determined by comparing FIGS. 3C and 4C with FIGS . 3E and 4E, the current increase in line C of FIGS . 4 and 4 corresponds exactly to the current decrease in line E of FIGS. 3 and 4. This is the current through the charging diode 5 . The current measurement through the branch containing the switch 7 thus provides information about how much current flows into the load 4 .

Das Signal C kann nun beispielsweise als Rückmeldesi gnal benutzt werden. Gegebenenfalls nach einer Integra tion liefert es eine Aussage über den Ladezustand der Last 4, der dann mit der Vorgabe des Signals A vergli chen werden kann. Wie beispielsweise aus der sechsten Periode in Fig. 3 ersichtlich ist, ist nach einer ge wissen Zeit der Ladezustand so dicht an die Vorgabe herangeführt worden, daß der Schalter 7 nur noch über eine kürzere Zeit als vorher geöffnet bleibt, um eine entsprechend geringere Ladungserhöhung der Last 4 in dieser Periode herbeizuführen. Noch drastischer ist die Schließ-Zeit des Schalters 7 in der folgenden Periode verkürzt worden.The signal C can now be used, for example, as a feedback signal. If necessary after integration, it provides information about the state of charge of the load 4 , which can then be compared with the specification of the signal A. As can be seen, for example, from the sixth period in FIG. 3, the state of charge has been brought so close to the specification after a known time that the switch 7 only remains open for a shorter time than before, in order to reduce the charge accordingly To cause load 4 in this period. The closing time of the switch 7 was shortened even more drastically in the following period.

Neben der Begrenzung der Schließ-Zeit des Schalters 7 durch die Differenz zwischen dem Vorgabe-Signal A und dem Ladezustand der Last 4 gibt es noch zwei weitere Begrenzungen. Zum einen darf die Zeit, in der der Schalter 7 geschlossen ist, eine vorbestimmte Länge innerhalb der Periode nicht überschreiten. Diese Maß nahme dient dazu, die Schaltfrequenz in einem ausrei chenden Abstand zur Eigenfrequenz oder zu den Eigenfre quenzen zu halten, die sich durch die durch die kapazi tive Last und Spulen gebildeten Schwingkreise in der Schaltungsanordnung ergeben können. Weiterhin ist die Schließ-Zeit des Schalters 7 durch einen maximalen Strom durch die Aufladespule 6 begrenzt. Überschreitet der Strom einen bestimmten Wert, kommt die Spule in die Sättigung, was zu einer Senkung des Wirkungsgrades führt. Außerdem kann es zu thermischen Beschädigungen kommen.In addition to the limitation of the closing time of the switch 7 by the difference between the preset signal A and the state of charge of the load 4 , there are two further limitations. First, the time in which the switch 7 is closed must not exceed a predetermined length within the period. This measure serves to keep the switching frequency at a sufficient distance from the natural frequency or to the natural frequencies that can result from the resonant circuits formed by the capacitive load and coils in the circuit arrangement. Furthermore, the closing time of the switch 7 is limited by a maximum current through the charging coil 6 . If the current exceeds a certain value, the coil saturates, which leads to a reduction in efficiency. Thermal damage can also occur.

Wie ein Vergleich der Fig. 3 und 4 zeigt, ist bei einem sich stetig ändernden Vorgabe-Signal A die Schließ-Zeit des Schalters 7 kürzer als bei dem Sprung-Signal. Dies beruht darauf, daß die Differenz zwischen dem Ist-Zu stand über der Last und dem Sollsignal Vin kleiner ist als beim Sprung-Signal. Entsprechend kleiner sind auch die durch die Spule fließenden Ströme. Bei der Vorgabe einer Sprungfunktion dauert es zwar eine gewisse Zeit, bis der Ladezustand der Last sich der Vorgabe angepaßt hat. Diese Zeit kann man jedoch in Kauf nehmen, weil man andererseits mit großer Zuverlässigkeit genau den Ladezustand der Last 4 erreicht, der gewünscht ist.As a comparison of FIGS. 3 and 4 shows, the closing time of the switch 7 is shorter in the case of a continuously changing preset signal A than in the case of the jump signal. This is due to the fact that the difference between the actual state of the load and the target signal Vin is smaller than the jump signal. The currents flowing through the coil are correspondingly smaller. When specifying a step function, it takes a certain amount of time until the state of charge of the load has adapted to the specification. However, this time can be accepted because, on the other hand, the load 4 of the load 4 that is desired can be reached with great reliability.

Wenn der gewünschte Ladungszustand der Last 4 erreicht ist, wird der Schalter 13 geöffnet. Da nun keine La dungsbeeinflussung mehr von außen stattfinden kann, bleibt die Ladung in der Last 4 unverändert.When the desired state of charge of the load 4 is reached, the switch 13 is opened. Since the load can no longer be influenced from outside, the charge in load 4 remains unchanged.

Zum Entladen werden die Schalter 8 und 12 geschlossen. Es stellt sich nun ein Stromfluß von der Last 4 über den Schalter 8, durch die Spule 9, über den Schalter 12 und den Meßwiderstand 15 zum negativen Anschluß der Spannungsquelle 3 ein. Hierbei wird die Last 4 entla den. Nach einer gewissen Zeit, die auch von der Diffe renz zwischen dem Ladezustand der Last 4 und dem Signal Vin abhängt, werden die Schalter 8 und 12 geöffnet. Da der Strom in der Entladespule 9 nicht springen kann, ergibt sich ein Stromfluß vom negativen Anschluß der Energiequelle 3 über die erste Entladediode 11, die Entladespule 9 und die zweite Entladediode 10 zum posi tiven Anschluß der Energiequelle 3. Auf diese Weise kann ein großer Teil der in der in der Last 4 in Form elektrischer Ladung gespeicherten Energie wieder zur Energiequelle 3 zurückgeführt werden. Der Strom in der Entladespule 9 wird geringer werden. Sobald er auf ei nen vorbestimmten Mindestwert, der größer als Null sein sollte, abgesunken ist, werden die Schalter 8 und 12 wieder geschlossen, und eine neu Periode beginnt. Na türlich kann man den Strom auch auf Null absinken las sen. Die Ladungsübertragung erfolgt jedoch schneller bei größeren Strömen. Auch hier gibt es einerseits konstan te Periodenlängen. Andererseits ist die Schließ-Zeit des Schalters 8 durch den maximalen Stromfluß durch die Entladespule 9 und durch eine Höchst-Schließzeit be grenzt. Wie aus den Zeilen H und I der Fig. 3 und 4 ersichtlich ist, die Ströme darstellen, entspricht die Zunahme des Stromes durch die Spule 9, die mit Hilfe des Meßwiderstandes 15 ermittelt werden kann, der Ab nahme des Stromes durch die erste Entladediode 11, so daß die Messung des Stromes durch den Meßwiderstand 15 ausreicht, um eine Aussage über die Entladung der Last 4 zu gewinnen.Switches 8 and 12 are closed for unloading. There is now a current flow from the load 4 via the switch 8 , through the coil 9 , via the switch 12 and the measuring resistor 15 to the negative connection of the voltage source 3 . Here, the load 4 is discharged. After a certain time, which also depends on the difference between the state of charge of the load 4 and the signal Vin, the switches 8 and 12 are opened. Since the current in the discharge coil 9 cannot jump, there is a current flow from the negative connection of the energy source 3 via the first discharge diode 11 , the discharge coil 9 and the second discharge diode 10 to the positive connection of the energy source 3 . In this way, a large part of the energy stored in the form of electrical charge in the load 4 can be returned to the energy source 3 . The current in the discharge coil 9 will decrease. As soon as it has dropped to a predetermined minimum value, which should be greater than zero, the switches 8 and 12 are closed again and a new period begins. Of course you can also let the current drop to zero. However, the charge transfer takes place faster with larger currents. Here too there are constant period lengths. On the other hand, the closing time of the switch 8 is limited by the maximum current flow through the discharge coil 9 and by a maximum closing time. As can be seen from lines H and I of FIGS. 3 and 4, which represent currents, the increase in the current through the coil 9 , which can be determined with the help of the measuring resistor 15 , corresponds to the decrease in the current through the first discharge diode 11 , so that the measurement of the current through the measuring resistor 15 is sufficient to obtain information about the discharge of the load 4 .

Auch das Entladen der Last läßt sich durch ein geziel tes Schalten der Schalter 8 und 12 steuern.The discharge of the load can be controlled by a targeted switching of the switches 8 and 12 .

Wenn die Last 4 auf einen sehr viel höheren Spannungs wert aufgeladen ist, als ihn die Energiequelle 3 zur Verfügung stellt, kann man auch eine Entladung dadurch herbeiführen, daß der Schalter 8 geschlossen wird, wäh rend der Schalter 12 geöffnet bleibt. In diesem Fall entlädt sich die Last 4 zumindest auf einen Wert, der der Spannung der Energiequelle 3 entspricht. If the load 4 is charged to a much higher voltage value than it provides the energy source 3 , you can also bring about a discharge in that the switch 8 is closed while the switch 12 remains open. In this case, the load 4 discharges at least to a value that corresponds to the voltage of the energy source 3 .

Sobald die Last 4 auf den gewünschten Wert, der unter Umständen auch negativ sein kann, entladen ist, wird auch der Schalter 8 geöffnet. Wenn die Last 4 durch die Schalter 8 und 13 von anderen Elementen getrennt ist, kann keine Veränderung der Ladung mehr eintreten.As soon as the load 4 is discharged to the desired value, which can also be negative under certain circumstances, the switch 8 is also opened. If the load 4 is separated from other elements by the switches 8 and 13 , no change in the charge can occur.

Die Steuereinheit 2 kann sowohl die Frequenz als auch das Puls-Pause-Verhalten der Schalter 7, 13, 8 und 12 einstellen. Diese Einstellung erfolgt in Abhängigkeit der Differenz zwischen dem Sollwert-Signal Vin und dem Ladezustand der Last 4, die beispielsweise über die Leitung 14 als Signal K an die Steuereinheit 2 zurück geführt werden kann. Die Messung des Stromes beim Auf laden hat den Vorteil, daß der Strom einerseits eine Aussage über das Feld in den Spulen 6, 9 erlaubt, also unabhängig von der von der Energiequelle 3 zur Verfü gung gestellten Spannung ist, andererseits aber auch eine Aussage darüber erlaubt, wieviel Ladung in die Last 4 hinein- bzw. aus ihr herausgeflossen ist.The control unit 2 can set both the frequency and the pulse-pause behavior of the switches 7 , 13 , 8 and 12 . This setting is made as a function of the difference between the setpoint signal Vin and the state of charge of the load 4 , which can be fed back to the control unit 2 as a signal K, for example via the line 14 . The measurement of the current when charging has the advantage that the current on the one hand allows a statement about the field in the coils 6 , 9 , that is independent of the voltage provided by the energy source 3 , but on the other hand also allows a statement about it how much charge has flowed into and out of the load 4 .

Als Rückmeldesignal können sowohl die Signale C und H als auch das Signal K verwendet werden. Alle Signale können so ausgewertet werden, daß sie eine Information über den Ladezustand der Last 4 liefern. Sie sind also geeignet, als Grundlage für einen Vergleich mit dem Sollwert-Signal Vin zu dienen.Both the signals C and H and the signal K can be used as the feedback signal. All signals can be evaluated so that they provide information about the state of charge of the load 4 . They are therefore suitable to serve as the basis for a comparison with the setpoint signal Vin.

Fig. 2 zeigt eine ähnliche Schaltungsanordnung, bei der gleiche Teile mit den gleichen Bezugszeichen versehen sind. Fig. 2 shows a similar circuit arrangement in which the same parts are provided with the same reference numerals.

Im Gegensatz zu Fig. 1 ist die Energiequelle 21 aller dings nicht mit einem negativen Anschluß versehen. Sie weist nur einen positiven Anschluß auf, der mit "+" gekennzeichnet ist, und einen Masse-Anschluß. Die Meß widerstände 15, 16 sind dementsprechend mit Masse ver bunden. In contrast to FIG. 1, the energy source 21 is, however, not provided with a negative connection. It only has a positive connection, which is marked with "+", and a ground connection. The measuring resistors 15 , 16 are accordingly connected to ground.

Um dennoch zu erlauben, daß die Last 4 auf einen nega tiven Wert aufgeladen wird, ist die erste Entladediode 11 über einen Schalter 19 mit dem Verbindungspunkt zwi schen dem Schalter 8 und der Entladespule 9 verbunden. Dieser Punkt ist über einen weiteren Schalter 18 mit dem positiven Anschluß der Energiequelle 21 verbunden.In order nevertheless to allow the load 4 to be charged to a negative value, the first discharge diode 11 is connected via a switch 19 to the connection point between the switch 8 and the discharge coil 9 . This point is connected via a further switch 18 to the positive connection of the energy source 21 .

Die Aufladung erfolgt auf gleiche Weise wie bei der Schaltungsanordnung nach Fig. 1. Hierbei sind der Schalter 19 geschlossen und die Schalter 8, 18 geöff net.The charging takes place in the same way as in the circuit arrangement according to FIG. 1. Here, the switch 19 are closed and the switches 8 , 18 are opened.

Wenn die Last 4 zu einem negativen Potential entladen werden soll, kann dies dadurch erfolgen, daß zunächst ein Feld in der Spule 9 aufgebaut wird, in dem die Schalter 8 und 19 öffnen, während die Schalter 18 und 12 geschlossen werden. Hierbei entsteht ein Strompfad vom positiven Anschluß der Energiequelle 21 über den Schalter 18, die Entladespule 9, den Schalter 12 und den Meßwiderstand 15 zurück zur Energiequelle 21. Die Steuereinheit 2 mißt den Strom, der den Spannungsabfall am Meßwiderstand 15 verursacht. Wenn dieser Strom einen festgelegten Wert erreicht, öffnen die Schalter 18 und ggf. 12, und der Schalter 8 wird geschlossen. Das Feld, das in der Entladespule 9 aufgebaut ist, treibt nun einen Strom von der Last 4 durch den Schalter 8, die Entladespule 9 und die zweite Entladediode 10 zum posi tiven Anschluß der Energiequelle 21.If the load 4 is to be discharged to a negative potential, this can be done by first building a field in the coil 9 in which the switches 8 and 19 open while the switches 18 and 12 are closed. This creates a current path from the positive connection of the energy source 21 via the switch 18 , the discharge coil 9 , the switch 12 and the measuring resistor 15 back to the energy source 21 . The control unit 2 measures the current which causes the voltage drop across the measuring resistor 15 . When this current reaches a set value, switches 18 and 12, if any, open and switch 8 closes. The field, which is built up in the discharge coil 9 , now drives a current from the load 4 through the switch 8 , the discharge coil 9 and the second discharge diode 10 for the positive connection of the energy source 21 .

Die normale Entladung der Last 4, eine Entladung auf einen positiven Wert bis hinunter zum Wert Null, kann dadurch erfolgten, daß der Schalter 19 geschlossen und der Schalter 18 geöffnet wird. Die Schalter 8 und 12 werden dann betätigt, wie es im Zusammenhang mit Fig. 1 beschrieben worden ist. The normal discharge of the load 4 , a discharge to a positive value down to zero, can be done by closing the switch 19 and opening the switch 18 . The switches 8 and 12 are then actuated, as has been described in connection with FIG. 1.

Die Fig. 5 bis 7 zeigen alternative Ausgestaltungen der Last 4. In Fig. 5 besteht die Last aus einer Parallel schaltung einer Kapazität mit einem ohmschen Wider stand. In Fig. 6 ist eine Parallelschaltung aus einer Kapazität und einer Induktivität gezeigt. In Fig. 7 ist eine Parallelschaltung aus einer Kapazität mit einem ohmschen Widerstand und eine Induktivität gezeigt. Alle Lasten lassen sich anstelle der Last 4 in den Schal tungsanordnungen nach den Fig. 1 und 2 verwenden. Figs. 5 to 7 show alternative embodiments of the load 4. In Fig. 5, the load consists of a parallel circuit of a capacitor with an ohmic resistance. In FIG. 6, a parallel circuit of a capacitor and an inductor is shown. In Fig. 7, a parallel circuit of a capacitor with an ohmic resistor and an inductor is shown. All loads can be used instead of the load 4 in the circuit arrangements according to FIGS . 1 and 2.

Fig. 8 zeigt eine alternative Ausgestaltung einer Schaltungsanordnung, bei der die Aufladespule und die Entladespule in einem einzigen Bauteil, nämlich der Spule 107 zusammengefaßt sind. Diese Spule 107 ist in Reihe mit einem Meßwiderstand 106 in einem Diagonal zweig einer Brücke angeordnet, über deren andere Diago nale die Spannung der Energiequelle angelegt wird. Die Brückenzweige weisen jeweils Schalter 101, 102, 103 bzw. 104 auf. Der Brückenpunkt, an den die die Spule 107 enthaltene Diagonale angeschlossen ist, ist über einen Schalter 105 mit einem Piezoelement 108 verbun den, das seinerseits wiederum mit Masse verbunden ist. Fig. 8 shows an alternative embodiment of a circuit arrangement in which the charging coil and the discharging coil in a single component, namely the coil are summarized 107th This coil 107 is arranged in series with a measuring resistor 106 in a diagonal branch of a bridge, via the other diagonals the voltage of the energy source is applied. The bridge branches each have switches 101 , 102 , 103 and 104 , respectively. The bridge point to which the diagonal containing the coil 107 is connected is connected via a switch 105 to a piezo element 108 , which in turn is connected to ground.

Eine Steuereinheit, die die fünf Schalter steuert und Strom-, Ladungs- und/oder Spannungsmessungen durch führt, ist vorgesehen, aber nicht dargestellt.A control unit that controls the five switches and Current, charge and / or voltage measurements by leads, is provided, but not shown.

Zum Aufladen der Last werden die Schalter 102, 104 und 105 geöffnet. Die Schalter 101 und 103 werden geschlos sen. Es stellt sich nun ein Stromfluß vom positiven Anschluß 109 der nicht näher dargestellten Energiequel le durch den Schalter 101, den Meßwiderstand 106, die Spule 107 und den Schalter 103 zum negativen Anschluß 110 der Energiequelle ein. Hierdurch wird ein Feld in der Spule 107 aufgebaut. Wenn die nicht näher darge stellte Steuereinrichtung anhand der Spannung über den Meßwiderstand 106 feststellt, daß ein bestimmtes und gewünschtes Feld in der Spule 107 aufgebaut ist, was sich durch einen in der Spule 107 fließenden Strom ma nifestiert, wird der Schalter 103 geöffnet und der Schalter 105 geschlossen. Der Strom fließt nun vom po sitiven Anschluß 109 durch den Schalter 101, den Meßwi derstand 106, die Spule 107 und den Schalter 105 in die Last 108. Der Wechsel zwischen den Schaltern 103 und 105 kann wiederholt erfolgen, um die Last 108 auf den gewünschten Wert aufzuladen. Alternativ dazu kann der Schalter 101 geöffnet und der Schalter 102 geschlossen werden. Der zweite Stromkreis enthält dann nur die Last 108, die Schalter 105 und 102 und den Diagonalzwieg 106, 107.Switches 102 , 104 and 105 are opened to charge the load. The switches 101 and 103 are closed. There is now a current flow from the positive terminal 109 of the energy source, not shown, through the switch 101 , the measuring resistor 106 , the coil 107 and the switch 103 to the negative terminal 110 of the energy source. This creates a field in coil 107 . If the control device not shown Darge determines from the voltage across the measuring resistor 106 that a certain and desired field in the coil 107 is established, which manifests itself by a current flowing in the coil 107 ma, the switch 103 is opened and the switch 105 closed. The current now flows from the positive terminal 109 through the switch 101 , the measuring resistor 106 , the coil 107 and the switch 105 into the load 108 . The switch between switches 103 and 105 can be repeated to charge load 108 to the desired value. Alternatively, switch 101 can be opened and switch 102 closed. The second circuit then contains only the load 108 , the switches 105 and 102 and the diagonal bracket 106 , 107 .

Zur Entladung wird ein Strompfad von der Last 108 durch den geschlossenen Schalter 105, die Spule 107, den Meß widerstand 106 und den Schalter 101 aufgebaut. Solange die Spannung über der Last 108 höher ist als die Span nung am positiven Anschluß 109 der Energiequelle, fließt nun ein Strom in die Energiequelle zurück. Wenn in der Spule 107 ein ausreichendes Feld aufgebaut ist, wird der Schalter 105 geöffnet und der Schalter 103 ge schlossen. Die Spule 107 treibt nun mit ihrem Feld ei nen Strom vom negativen Anschluß 110 der Energiequelle durch den Schalter 103, die Spule 107, den Meßwider stand 106 und den Schalter 101 zum positiven Anschluß 109 der Energiequelle.To discharge a current path from the load 108 through the closed switch 105 , the coil 107 , the measuring resistor 106 and the switch 101 is built. As long as the voltage across the load 108 is higher than the voltage at the positive terminal 109 of the energy source, a current now flows back into the energy source. If a sufficient field is built up in the coil 107 , the switch 105 is opened and the switch 103 is closed. The coil 107 now drives with its field egg NEN current from the negative terminal 110 of the energy source through the switch 103 , the coil 107 , the measuring resistor 106 and the switch 101 to the positive terminal 109 of the energy source.

Der Strom zum Aufbau eines Feldes in der Spule kann auch dadurch erzeugt werden, daß die Schalter 105 und 102 geschlossen werden.The current to build a field in the coil can also be generated by closing switches 105 and 102 .

Um die Last 108 auf ein negatives Potential auf- oder umzuladen, wird ein Stromweg geschaltet vom positiven Anschluß 109 über den Schalter 104, die Spule 107, den Meßwiderstand 106 und den Schalter 102 zum negativen Anschluß 110. Wenn die Steuereinrichtung feststellt, daß das Feld aufgebaut ist, werden die Schalter 104 und ggf. 102 geöffnet und die Schalter 105 und ggf. 101 ge schlossen. Das Feld in der Spule treibt nun den Strom von der Last 108 durch den Schalter 105, die Spule 107, den Meßwiderstand 106 und den Schalter 101 zum positi ven Anschluß 109 der Energiequelle. Durch wiederholtes Umschalten kann die Last 108 auf den gewünschten Wert entladen werden.In order to charge or recharge the load 108 to a negative potential, a current path is switched from the positive connection 109 via the switch 104 , the coil 107 , the measuring resistor 106 and the switch 102 to the negative connection 110 . If the control device determines that the field is set up, the switches 104 and possibly 102 are opened and the switches 105 and possibly 101 are closed. The field in the coil now drives the current from the load 108 through the switch 105 , the coil 107 , the measuring resistor 106 and the switch 101 to the positive connection 109 of the energy source. By repeatedly switching the load 108 can be discharged to the desired value.

Bei dieser Ausführungsform müssen die Schalter in beide Richtungen öffnen und schließen können. Dies kann bei spielsweise mit parallelgeschalteten, einander entge gengerichteten Halbleiterkomponenten, wie Transistoren oder Thyristoren, erfolgen. Hierbei müssen eventuell Schutzdioden verwendet werden, um die Halbleiterkompo nenten vor negativer Spannung zu bewahren.In this embodiment, the switches must be in both Open and close directions. This can happen with for example with parallel, opposite each other directed semiconductor components such as transistors or thyristors. You may need to do this Protective diodes are used to the semiconductor compo to protect against negative voltage.

Fig. 9 zeigt detailliert eine Ausgestaltung einer Schaltungsanordnung, wie sie schematisch in Fig. 1 dar gestellt ist. Hierbei sind eine Aufladeschaltung 60 und eine Entladeschaltung 70 durch je eine gestrichelte Linie eingerahmt. Fig. 9 shows in detail an embodiment of a circuit arrangement, as is shown schematically in Fig. 1. A charging circuit 60 and a discharging circuit 70 are each framed by a broken line.

Das Sollwert-Signal U-Soll wirkt auf einen Sollwert- Eingang 17 eines Reglers 25, dem auch das Rückmelde- Signal U-Ist zugeführt wird. Das Rückmelde-Signal wird entweder direkt aus einer Spannungsrückführung der Spannung über die Last 4 gewonnen oder über eine La dungsrückführung, die sich daraus ergibt, daß zur Last 4 ein Meßwiderstand 35 in Reihe geschaltet ist. Die Spannung über den Meßwiderstand wird mit Hilfe eines Integrators 34 aufintegriert, wobei die Ausgangs spannung des Integrators die Ladung in der Last 4 dar stellt, was bei Verwendung eines piezoelektrischen Ele ments als Last 4 etwa der Ausdehnung dieses Elementes entspricht. Mit Hilfe eines Schalters 36 kann man zwi schen diesen beiden Signalen wählen. The setpoint signal U-Soll acts on a setpoint input 17 of a controller 25 , to which the feedback signal U-Ist is also supplied. The feedback signal is either obtained directly from a voltage feedback of the voltage across the load 4 or via a load feedback which results from the fact that a measuring resistor 35 is connected in series with the load 4 . The voltage across the measuring resistor is integrated with the aid of an integrator 34 , the output voltage of the integrator representing the charge in the load 4 , which, when using a piezoelectric element as the load 4, corresponds approximately to the extent of this element. With the help of a switch 36 you can choose between these two signals.

Die Last 4 kann auch durch die Parallelschaltung einer Kapazität mit einer beliebigen Impedanz ersetzt werden, wie dies in den Fig. 5 bis 7 dargestellt ist. Die Last 4 kann auch, wenn man auf die Ladungsrückführung ver zichtet, direkt mit Masse verbunden werden.The load 4 can also be replaced by the parallel connection of a capacitance with an arbitrary impedance, as shown in FIGS. 5 to 7. The load 4 can also be connected directly to ground if the charge return is not used.

Der Regler 25 ist mit einem Teilerkreis 26 verbunden, der zwei Ausgangssignale hat, nämlich UL als Eingangs signal für den Aufladestromkreis 60 und UE als Signal für den Entladekreis 70.The controller 25 is connected to a divider circuit 26 , which has two output signals, namely UL as an input signal for the charging circuit 60 and UE as a signal for the discharge circuit 70 .

Beide Signale geben die Differenz zwischen dem Sollwert 17 und dem über die Leitung 45 rückgeführten Istwert an.Both signals indicate the difference between the setpoint 17 and the actual value returned via line 45 .

Das Eingangssignal UL vom Teilerkreis 26 wird dem nega tiven Anschluß eines Komparators 27 zugeführt. Der ent sprechende positive Anschluß des Komparators 27 ist mit einem Ende des Meßwiderstandes 16, das auch mit dem Schalter 7 verbunden ist, verbunden, während das andere Ende des Meßwiderstandes 16 mit dem negativen Anschluß der Energiequelle 3 verbunden ist. Der Ausgang des Kom parators 27 ist zum R-Eingang eines Flip-Flop 29 ge führt, dessen S-Eingang das Ausgangssignal eines Oszil lators 28 zugeführt wird, der eine Rechteck-Spannung liefert. Der Ausgang des Oszillators 28 ist auch mit einem UND-Gatter 30 verbunden, dessen anderem Eingang das Ausgangssignal Q des Flip-Flop 29 zugeführt wird. Der Ausgang des UND-Gatters 30 ist über einen Verstär ker 31 mit einem Steuereingang des Schalters 7, der beispielsweise als Feldeffekt-Transistor ausgebildet sein kann, verbunden.The input signal UL from the divider circuit 26 is fed to the negative terminal of a comparator 27 . The corresponding positive terminal of the comparator 27 is connected to one end of the measuring resistor 16 , which is also connected to the switch 7 , while the other end of the measuring resistor 16 is connected to the negative terminal of the energy source 3 . The output of the comparator 27 leads to the R input of a flip-flop 29 , the S input of which is fed to the output signal of an oscillator 28 which supplies a square-wave voltage. The output of the oscillator 28 is also connected to an AND gate 30 , the other input of which is supplied with the output signal Q of the flip-flop 29 . The output of the AND gate 30 is connected via an amplifier 31 to a control input of the switch 7 , which can be designed, for example, as a field effect transistor.

Ein zweiter Komparator 32, der an seinem Plus-Eingang das Ausgangssignal UL des Teilerkreises 26 zugeführt bekommt und an dessen negativen Anschluß Masse anliegt, ist über einen Verstärker 33 mit einem Steueranschluß des Schalters 13 verbunden. Der Verstärker 33 weist eine galvanische Trennung auf. Der Schalter 13 ist ebenfalls als Feldeffekt-Transistor ausgebildet. Die übrigen Teile des Aufladekreises entsprechen den in Fig. 1 dargestellten.A second comparator 32 , which receives the output signal UL of the divider circuit 26 at its positive input and has negative ground connected to its negative terminal, is connected via an amplifier 33 to a control terminal of the switch 13 . The amplifier 33 is electrically isolated. The switch 13 is also designed as a field effect transistor. The remaining parts of the charging circuit correspond to those shown in Fig. 1.

Der Komparator 32 entscheidet, ob das Signal UL positiv oder negativ ist. Nur wenn es positiv ist, tritt der Aufladeschaltkreis 60 in Aktion.The comparator 32 decides whether the signal UL is positive or negative. Only when it is positive does the charging circuit 60 take action.

Der Entladekreis 70 weist ebenfalls einen Komparator 37 auf, dessen negativer Eingang mit dem Ausgangssignal UE des Teilerkreises 26 versorgt wird. Der positive Ein gang des Komparators 37 wird mit der Spannung über den Meßwiderstand 15 versorgt. Der Ausgang des Komparators 37 ist mit dem R-Eingang eines Flip-Flop 39 verbunden, dessen S-Eingang mit dem Ausgang eines Oszillators 38 verbunden ist, der eine Rechteckspannung liefert. Der Ausgang Q des Flip-Flop 39 und der Ausgang des Oszilla tors 38 sind mit einem UND-Gatter 40 verbunden, dessen Ausgang einerseits einem Verstärker 42 mit galvanischer Trennung und andererseits einem Verstärker 41 zugeführt wird. Der Verstärker 42 steuert den Schalter 8, während der Verstärker 41 den Schalter 12 steuert.The discharge circuit 70 also has a comparator 37 , the negative input of which is supplied with the output signal UE of the divider circuit 26 . The positive input of the comparator 37 is supplied with the voltage across the measuring resistor 15 . The output of the comparator 37 is connected to the R input of a flip-flop 39 , the S input of which is connected to the output of an oscillator 38 which supplies a square-wave voltage. The output Q of the flip-flop 39 and the output of the oscillator gate 38 are connected to an AND gate 40 , the output of which is supplied on the one hand to an amplifier 42 with electrical isolation and on the other hand to an amplifier 41 . The amplifier 42 controls the switch 8 , while the amplifier 41 controls the switch 12 .

Fig. 10 zeigt eine vierte Ausführungsform einer Schal tungsanordnung, die im wesentlichen derjenigen nach Fig. 8 entspricht. Gleiche Teile sind mit gleichen Be zugszeichen versehen. Die in Fig. 8 vorhandene einzige Last 108 ist nun aufgeteilt in vier Teillasten 111-114. Hierbei ist jede Last in Reihe angeordnet mit Schaltern 115-118 und mit einem Meßwiderstand 119-122, wobei die Reihenfolge, mit der diese drei Elemente in Reihe ver bunden sind, keine Rolle spielt. So ist beispielsweise bei der Teillast 111 der Schalter 115 auf der einen Seite und der Meßwiderstand 119 auf der anderen Seite angeordnet, während bei der Teillast 112 Schalter 116 und Meßwiderstand 120 folgen. Fig. 10 shows a fourth embodiment of a circuit arrangement, which corresponds essentially to that of FIG. 8. The same parts are provided with the same reference numerals. . The existing in Fig 8 only load 108 is now divided into four partial loads 111-114. Here, each load is arranged in series with switches 115 to 118 and with a measuring resistor 119-122, wherein the order in which ver these three elements connected in series are not important. For example, in the partial load 111 the switch 115 is arranged on one side and the measuring resistor 119 on the other side, while in the partial load 112 switch 116 and measuring resistor 120 follow.

Die Teillasten sind jeweils paarweise mit einem End punkt der Brückendiagonale verbunden, die auch die Spu le 107 und den Meßwiderstand 106 enthält. Jedes Teil last-Paar 111, 112 bzw. 113, 114 ist mit parallelen Teillasten ausgebildet, die über ihre jeweiligen Schalter 115-118 einzeln ansteuerbar sind. Der die Teillast 111 enthaltende Zweig und der die Teillast 112 enthaltende Zweig sind parallel zum Schalter 103 ange ordnet, während der die Teillast 113 enthaltende Zweig und der die Teillast 114 enthaltende Zweig parallel zum Schalter 102 angeordnet sind. Bei den Teillasten 113 und 114 sind die zugehörigen Schalter 117, 118 zwischen Teillast und dem negativen Anschluß 110 angeordnet. Dies hat den Vorteil, daß die Schalter 117, 118 nur geringere Spannungen schalten müssen.The partial loads are each connected in pairs to an end point of the bridge diagonal, which also contains the coil 107 and the measuring resistor 106 . Each part last-pair 111, 112 and 113, 114 is formed with parallel partial loads on their respective switches 115 - are controllable individually 118th The branch containing the partial load 111 and the branch containing the partial load 112 are arranged parallel to the switch 103 , while the branch containing the partial load 113 and the branch containing the partial load 114 are arranged parallel to the switch 102 . In the partial loads 113 and 114 , the associated switches 117 , 118 are arranged between the partial load and the negative terminal 110 . This has the advantage that the switches 117 , 118 only have to switch lower voltages.

Die Teillasten 111, 112 können zunächst so aufgeladen werden, wie es im Zusammenhang mit der Last 108 in Fig. 8 beschreiben worden ist. In entsprechender Weise kön nen auch die Teillasten 113, 114 aufgeladen werden. Die Anordnung der Teillasten an den beiden Enden der Diago nalen hat jedoch den Vorteil, daß die Spule 107 gleich zeitig als Entladespule für die Teillasten 111, 112 und als Aufladespule für die Teillasten 113, 114 verwendet werden kann. Wenn beispielsweise die Teillast 111 ent laden werden soll, wird ein in der Spule 107 nach rechts (in Fig. 10) fließender Strom erzeugt, bei spielsweise durch Schließen der Schalter 102 und 104, während alle übrigen Schalter geöffnet sind. Werden nun die Schalter 104 und 102 geöffnet, während die Schalter 115 und 117 geschlossen werden, erfolgt ein Ladungs transport von der Teillast 111 zur Teillast 113. Auf grund der in der Spule 107 gespeicherten kinetischen Energie bewirkt diese Umladung nicht nur einen einfa chen Ladungsausgleich. Vielmehr kann die Ladung aus der Teillast 111 vollständig in die Teillast 113 umgeladen werden. Durch entsprechendes Takten der einzelnen Schalter, bei der die einzelnen Schließzeiten puls-pau se-moduliert sein können, läßt sich dann die Ladung quanten- oder paketweise von einer Teillast zur anderen transportieren. Hierbei ist eine Reihe von Möglichkei ten denkbar. So kann beispielsweise die Ladung aus der Teillast 111 abwechselnd in die Teillasten 113 und 114 transportiert werden. Die Umladung kann auch so erfol gen, daß die Teillasten 113, 114 gleichzeitig aufgela den werden. Andererseits können auch die Teillasten 111 und 112 gleichzeitig entladen werden, während die La dung dann nur von einer Teillast, beispielsweise 113, aufgenommen wird. Entsprechendes gilt, wenn die Teilla sten 113, 114 entladen werden.The partial loads 111 , 112 can initially be charged as described in connection with the load 108 in FIG. 8. The partial loads 113 , 114 can also be charged in a corresponding manner. The arrangement of the partial loads at the two ends of the diagonal signals has the advantage that the coil 107 can be used simultaneously as a discharge coil for the partial loads 111 , 112 and as a charging coil for the partial loads 113 , 114 . For example, if the partial load 111 is to be discharged, a current flowing in the coil 107 to the right (in FIG. 10) is generated, for example by closing the switches 102 and 104 while all the other switches are open. If the switches 104 and 102 are now opened while the switches 115 and 117 are closed, a charge is transported from the partial load 111 to the partial load 113 . Due to the kinetic energy stored in the coil 107 , this charge does not only effect a simple charge equalization. Rather, the load can be completely transferred from partial load 111 to partial load 113 . By appropriate clocking of the individual switches, in which the individual closing times can be pulse-pau-modulated, the charge can then be transported quantum or in packets from one part load to another. A number of options are conceivable here. For example, the cargo can be transported from the partial load 111 alternately to the partial loads 113 and 114 . The transhipment can also be carried out so that the partial loads 113 , 114 are charged simultaneously. On the other hand, the partial loads 111 and 112 can also be unloaded at the same time, while the load is then only absorbed by a partial load, for example 113. The same applies if the partial parts 113 , 114 are unloaded.

Fig. 11 zeigt eine Verwendung einer derartigen Schal tungsanordnung zur Positionssteuerung eines Hauptschie bers 123 in einem hydraulischen oder pneumatischen Ven til 124, das zur Steuerung eines Fluid-Stromes in einem nicht näher dargestellten hydraulischen oder pneumati schen Kreis dient. Das Ventil kann beispielsweise als Proportionalventil oder als Servoventil ausgebildet sein. Die Stellung des Hauptschiebers 123 ist aus schlaggebend für die Größe des Volumenstroms und/oder den Druck des Fluids auf der Ausgangsseite des Ventils 124. Hierzu sind Steuereingänge 125, 126 des Ventils 124 mit Diagonalpunkten einer Brücke 127 verbunden, deren andere Diagonalpunkte mit einem Pumpenanschluß P und einem Tankanschluß T verbunden sind. In den Brücken zweigen sind verstellbare Drosseln 128-131 angeord net. Die Drosseln haben veränderliche Drosselspalte, wobei die Größe der Drosselspalte durch Ausdehnung oder Kontraktion von piezoelektrischen Elementen, wie sie beispielsweise durch die Teillasten 111-114 gebildet sind, verändert werden kann. Hierzu enthält beispiels weise die Drossel 128 die Teillast 111, die Drossel 129 die Teillast 113, die Drossel 130 die Teillast 114 und die Drossel 131 die Teillast 112. Es werden also immer diagonal gegenüberliegende Drosseln 128, 131 bzw. 129, 130 gleichartig beaufschlagt, d. h. die zugehörigen pie zoelektrischen Elemente werden gleichzeitig entladen oder gleichzeitig aufgeladen. Umgekehrt werden, wenn die piezoelektrischen Elemente eines Drosselpaares ent laden werden, die piezoelektrischen Elemente des ande ren Drosselpaares aufgeladen, so daß sich hier ein ge genläufiges Verhalten ergibt, was sehr schnelle Rege lungen erlaubt. Fig. 11 shows the use of such a scarf arrangement for position control of a main slide 123 in a hydraulic or pneumatic valve 124 , which serves to control a fluid flow in a hydraulic or pneumatic circuit not shown in detail. The valve can be designed, for example, as a proportional valve or as a servo valve. The position of the main slide 123 is decisive for the size of the volume flow and / or the pressure of the fluid on the outlet side of the valve 124 . For this purpose, control inputs 125 , 126 of valve 124 are connected to diagonal points of a bridge 127 , the other diagonal points of which are connected to a pump connection P and a tank connection T. Adjustable chokes 128 - 131 are arranged in the bridge branches. The chokes have variable choke gaps, the size of the choke gaps being able to be changed by expansion or contraction of piezoelectric elements, such as those formed by the partial loads 111-114 . For example, the throttle 128 contains the partial load 111 , the throttle 129 the partial load 113 , the throttle 130 the partial load 114 and the throttle 131 the partial load 112 . Thus, diagonally opposite chokes 128 , 131 and 129 , 130 are always acted upon in the same way, ie the associated piezoelectric elements are discharged or charged simultaneously. Conversely, when the piezoelectric elements of a pair of throttles are discharged, the piezoelectric elements of the other pair of throttles are charged, so that there is a contrary behavior here, which allows very fast regulation.

Fig. 12 zeigt ein etwas vereinfachtes Ausführungsbei spiel einer hydraulischen Schaltung 127′, bei der die Drosseln 128′ und 129′ als Festdrosseln ausgebildet sind. Nur die Drosseln 130 und 131 sind als verstell bare Drosseln ausgebildet. Auch mit einer derartigen hydraulischen oder pneumatischen Schaltung läßt sich die Stellung des Hauptschiebers 123 im Ventil 124 ver ändern. Fig. 12 shows a somewhat simplified game Ausführungsbei a hydraulic circuit 127 ', in which the chokes 128 ' and 129 'are designed as fixed chokes. Only the chokes 130 and 131 are designed as adjustable chokes. Even with such a hydraulic or pneumatic circuit, the position of the main slide 123 in the valve 124 can be changed.

Claims

1. Procedure for loading and unloading a load with capacitive portion, in particular a piezoelectric tric element, with the electric charge in Form of quantum supplied to the load or from the Load are dissipated, the size of the quantum controlled depending on an input signal becomes.

2. The method according to claim 1, characterized in that that currents are measured to determine the size of the La determination quantum, the size of the Quantum be by a maximum current size is bordered.

3. The method according to claim 1 or 2, characterized indicates that the moving charge quanta are used for Storage of energy in a kinetic form Generate magnetic field, the magnetic field at least over most of a charge or discharge operation is not below a predetermined minimum worth decreases.

4. The method according to any one of claims 1 to 3, characterized characterized in that the load divided into several parts is divided and that when unloading one Partial load generated in an inductance magnetic field when charging another part load to drive the charge quantum is used.

5. Circuit arrangement for charging and discharging a load with a capacitive component, in particular a piezoelectric element, with an energy source that provides a DC voltage between a positive and a negative or ground connection, a charging circuit and a discharge circuit, each have a Spu le, and with switching means controlled by a control device, characterized in that the control device ( 2 ) at least one feedback signal (C, H, K, L) from the circuit arrangement or a signal derived therefrom with an external setpoint signal (Vin) and compares the switching means (7, 13, 8, 12, 18, 19, 101-113) is operated in response to a difference between the two signals.

6. Circuit arrangement according to claim 5, characterized in that the charging circuit ( 60 ) a he most charging circuit in which a charging coil ( 6 ) and the energy source ( 3 ), but not the load ( 4 ), interconnected in one revolution are, and a second charging circuit in which the charging coil ( 6 ) connected to the load ( 4 ) and the circulation is interrupted, wherein the Steuerein direction ( 2 ) depending on the difference from the first to the second circuit and reversed to toggles.

7. Circuit arrangement according to claim 5 or 6, characterized in that the discharge circuit ( 70 ) has a first discharge circuit which contains a discharge coil ( 9 ) and the load connected to a first coil terminal ( 4 ), and a second discharge -Circuit in which the discharge coil ( 9 ) is not connected to the load, switching means ( 12 ) being provided which interrupt a connection of the other coil connection to the ground connection or the negative connection of the energy source ( 3 , 21 ) and this other Coil connection is connected via a diode ( 10 ) to the positive connection of the energy source ( 3 ).

8. Circuit arrangement according to claim 6 or 7, characterized in that the control device ( 2 ) switches within a period from the first to the second circuit and back, all periods having the same length.

9. Circuit arrangement according to claim 8, characterized ge indicates that the time period within a Period in which the first circuit is active is limited to a predetermined maximum value.

10. Circuit arrangement according to claim 8 or 9, characterized in that the control device ( 2 ) measures at least in part of the period the current through the coils ( 6 , 9 , 107 ) and switches from the first to the second circuit when the current is one predetermined maximum value reached.

11. Circuit arrangement according to one of claims 5 to 10, characterized in that the Steuereinrich device ( 2 ) he in the load ( 4 ) flowed charge he averages.

12. Circuit arrangement according to claim 11, characterized in that the control device ( 2 ) determines the voltage across the load ( 4 ).

13. Circuit arrangement according to claim 11 or 12, characterized in that the control device ( 2 ) measures the current flowing into or out of the load ( 4 ) or a corresponding current and integrates it over time.

14. Circuit arrangement according to claim 13, characterized in that the control device ( 2 ) measures the current flowing in the first circuit through the respective coil ( 6 , 9 ).

15. Circuit arrangement according to one of claims 7 to 14, characterized in that the discharge coil ( 9 ) has switching means ( 8 , 12 ) on both coil connections, the first coil connection being connected to the cathode of a first discharge diode ( 11 ) whose anode is connected to the ground or the negative connection ( 3 , 21 ) of the energy source, and the second coil connection is connected to the anode of a second discharge diode ( 10 ), the cathode of which is connected to the positive connection of the energy source ( 3 , 21 ).

16. Circuit arrangement according to claim 15, characterized in that switching means ( 19 ) are provided which interrupt the current path through the first discharge Dio de ( 11 ), and the first coil connection via switching means ( 18 ) directly to the positive connection of the energy source ( 21 ) is connected where the first discharge diode ( 11 ) is connected to ground.

17. Circuit arrangement according to one of claims 6 to 16, characterized in that in the second charging circuit, a charging diode ( 5 ) with the charging coil ( 6 ) is connected in series, wherein Schaltmit tel ( 13 ) between the charging diode ( 5 ) and the load ( 4 ) are arranged.

18. Circuit arrangement according to claim 17, characterized in that a voltage limiting device ( 20 ) is arranged in parallel with the series connection of charging coil ( 6 ) and charging diode ( 5 ).

19. Circuit arrangement according to one of claims 5 to 18, characterized in that the load ( 4 ) also has an ohmic and / or inductive portion ( Fig. 5- 7).

20. Circuit arrangement according to one of claims 7 to 19, characterized in that the charging coil and the discharge coil are formed by the same component ge, which is arranged on the diagonal a bridge circuit, the branches of which each have switching means ( 101 , 102 , 103 , 104 ) and the other diagonal of which the energy source ( 109 , 110 ) is connected, the load ( 108 ) being connected in series with switching means ( 105 ) to a bridge point to which the diagonal containing the component ( 107 ) is also connected .

21. Circuit arrangement according to claim 20, characterized in that the diagonal in series with the component ( 107 ) has a measuring resistor ( 106 ).

22. Circuit arrangement according to one of claims 20 or 21, characterized in that the load into a plurality of loads (111-114) is divided, wherein two partial loads (111, 112; 113, 114) in series with switching means (115, 116; 117 , 118 ) with opposite ends of the diagonals ( 106 , 107 ) are connected.

23. Circuit arrangement according to one of claims 20 to 22, characterized in that a plurality of partial loads ( 111 , 112 ; 113 , 114 ) with associated switching means ( 115 , 116 ; 117 , 118 ) are connected in series with one of the bridge points in parallel with which is also connected to the diagonal ( 106 , 107 ).

24. Use of a circuit arrangement according to claim 22 or 23 in a hydraulic or pneumatic valve arrangement's, the partial loads being designed as piezoelectric elements and in bridges branches of a hydraulic or pneumatic bridge circuit ( 127 , 127 ') are arranged, in the diagonal of which a main slide ( 123 ) a hy draulic or pneumatic valve ( 124 ) is arranged.