EP0118591A1 - Process and device for activating an electromagnetic positioner - Google Patents

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EP0118591A1
EP0118591A1 EP83107878A EP83107878A EP0118591A1 EP 0118591 A1 EP0118591 A1 EP 0118591A1 EP 83107878 A EP83107878 A EP 83107878A EP 83107878 A EP83107878 A EP 83107878A EP 0118591 A1 EP0118591 A1 EP 0118591A1
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EP
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electromagnets
actuator
frequency
closed position
open
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EP83107878A
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EP0118591B1 (en
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Wolfgang Dr Kloeckner
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Cessione audi AG
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Klockner Wolfgang Dr
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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F7/00—Magnets
    • H01F7/06—Electromagnets; Actuators including electromagnets
    • H01F7/08—Electromagnets; Actuators including electromagnets with armatures
    • H01F7/18—Circuit arrangements for obtaining desired operating characteristics, e.g. for slow operation, for sequential energisation of windings, for high-speed energisation of windings
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01L—CYCLICALLY OPERATING VALVES FOR MACHINES OR ENGINES
    • F01L9/00—Valve-gear or valve arrangements actuated non-mechanically
    • F01L9/20—Valve-gear or valve arrangements actuated non-mechanically by electric means

Definitions

  • the invention relates to a method for activating an electromagnetic actuating device according to the preamble of the main claim.
  • the invention further relates to a device for performing the method.
  • an electromagnetically operating actuating device which, according to the preamble of the main claim, has an actuator which, in the passive state, assumes a rest position between an open and a closed position, given by two springs acting in opposite directions, and one between two electromagnets Movable, connected to the actuator, magnetizable armature, which forms an oscillatable system together with the actuator and the springs and in the open position against the force of the one spring of the one electromagnet in contact with a bearing surface formed thereon and in the closed position against the force the other spring is obtained from the other electromagnet in contact with a contact surface formed on the latter.
  • DE-OS 26 30 512 describes how the actuating device is brought from the passive state, in which the armature is located between the electromagnets, to the active state, in which the armature rests on one of the electromagnets not specified.
  • the active state in which the armature rests on one of the electromagnets not specified.
  • a tensioning device is proposed in DE-OS 30 24 109, by means of which the position of the rest position can be relocated such that the magnetizable armature connected to the actuator comes into contact with one of the electromagnets, so that the actuator when activating the electromagnet in contact with this remains when the tensioning device is relieved.
  • the electromagnetically operating actuating device is activated, so that it can only be moved into one or the other end position by excitation of the electromagnets.
  • the tensioning device contained in the adjusting device according to DE-OS 30 24 109 requires a relatively large amount of construction work and makes the adjusting device considerably more expensive.
  • the invention is based on the object of specifying a method for activating an electromagnetically operating actuating device which, with high functional reliability, enables the actuating device to be constructed simply.
  • the invention is also intended to provide a device for carrying out the method.
  • the oscillatable system consists of the actuator with the anchor attached to it and the two in opposite directions kenden springs rocked up so far that the armature gets at least so close to the electromagnets that it is stable if the excitation of one of the electromagnets stops.
  • the oscillatable system consists of the actuator with the anchor attached to it and the two in opposite directions kenden springs rocked up so far that the armature gets at least so close to the electromagnets that it is stable if the excitation of one of the electromagnets stops.
  • To activate in which one of the springs is tensioned, i.e. energy is fed into the system, no high current intensities are required, since the energy is fed in in several cycles.
  • a functionally reliable activation which is associated with only little structural effort in the actuating device is achieved.
  • the actuator Due to the gradual reduction of the excitation frequency after the oscillation described in claim 3, the actuator alternately reaches one or the other end position without the risk that it will return to its passive position.
  • the claim 4 is particularly for a symmetrical design of the actuating device, i.e. largely the same design of the electromagnets, advantageous implementation of the method directed, since the vibration excitation is particularly intense if during the half-oscillation during which the armature moves towards one of the electromagnets, a force flow that attracts the armature emanates from the latter.
  • the claim 5 characterizes the basic structure of a device for performing the method.
  • Claim 6 is directed to an embodiment of a circuit for generating square-wave voltage signals.
  • the claim 9 characterizes a particularly simple embodiment of a sensor for detecting an end position of the valve member.
  • DE-OS 28 15 849 an electromagnetic valve control for piston machines is known.
  • a single electromagnet is provided, which in the excited state attracts an armature connected to the valve member and moves the valve against the force of a closing spring in the open position.
  • a square-wave voltage signal is also generated there to excite the electromagnet.
  • a peculiarity of valve controls according to DE-OS 28 15 849 is that they require relatively high currents and a lot of electrical energy, since all the energy required to open the valve must be applied electrically.
  • Electromagnetically operating control devices can be used in a variety of ways, for example for oscillatingly movable control elements on displacement machines, in particular for the gas exchange valves of internal combustion engines.
  • Fig.l shows as an actuator a poppet valve 2, on the shaft 4, an armature 6 is attached.
  • the shaft 4 is movably guided within a housing 8 and extends through the core 10 of an electromagnet, the overall cross-section of which is U-shaped, the winding of which is designated by 12.
  • the housing 8 there is a core 14 of a second electromagnet with a winding 16 opposite the core 10.
  • the two electromagnets are arranged within an opening of the housing 8, their mutual distance being given by a bushing 18 and by means of a on the housing 8 screwed lid 20 are held.
  • a coil spring 22 and 24 is arranged between the armature 6 and each of the two cores 14 and 10, a coil spring 22 and 24 is arranged.
  • the two coil springs 22 and 24 counteract each other and hold the armature 6 in the illustrated central position between the end faces of the two cores 10 and 14.
  • the coil springs 22 and 24 together with the armature 6 and the poppet valve 2 form an oscillatory Sy stem whose natural frequency is greater than the maximum intended operating frequency for operating the poppet valve.
  • an output stage 26 is provided, which is connected via a changeover switch 28 to a voltage / frequency converter 30 and to a control circuit 32.
  • a start element 34 is connected upstream of the voltage / frequency converter 30 and is additionally connected to the changeover switch 28.
  • a line 36 is shown in broken lines and connects a sensor 38 attached to the core 14 to the starting element 34 via an evaluation circuit 40.
  • the start member 34 When a start button is pressed, the start member 34 generates a square-wave signal according to part a) of FIG. 2 at its output directly connected to the changeover switch 28. At its output connected to the voltage / frequency converter 30, the starter 34 generates a certain voltage that slowly decreases.
  • the voltage / frequency converter 30 At its output connected to the changeover switch 28, the voltage / frequency converter 30 generates a square-wave signal with a duty cycle of 50%, its frequency corresponding to the voltage in accordance with b) is initially greater than the resonant frequency of the valve and according to the decrease of the voltage in accordance with b) slowly to the resonant frequency decreases.
  • the frequency change of the square-wave signal according to c) is so slow that the valve is excited for a sufficiently long time when the resonance frequency is reached, so that the armature 6 oscillates in alternating contact with the cores 10 and 14.
  • This system is detected by the sensor 38, so that the evaluation circuit 40 outputs a signal d) to the start element 34, whereupon the voltage supplied to the voltage / frequency converter 30 decreases more rapidly to zero and the frequency of the square-wave signal according to c) decreases accordingly to zero, so that in the final state one of the two windings 12 or 16 remains energized.
  • the armature 6 and thus the valve follow the excitations of the electromagnets, so that the valve is in a well-defined position and is activated.
  • the square-wave voltage according to a) After reaching the voltage zero, the square-wave voltage according to a) returns to zero with a slight time delay, whereupon the changeover switch 28 switches over and one of the windings 12 and 16 is excited according to the output signal of the control circuit 32 and the other is not excited.
  • the armature 6 is preferably in the extreme positions of the valve in direct contact with the core 10 or 14.
  • the poppet valve 2 in the closed position is in sealing contact with a valve seat (not shown)
  • embodiments are possible in which a smaller one in the closed position Gap between anchor 6 and core 14 remains.
  • this gap greatly increases the current through the winding 16 required to hold the valve in the closed position.
  • the sensor 36 which in the example shown is a component which responds to mechanical vibrations in the hearing frequency range or above, can also be an induction coil which comprises one of the feed lines to one of the windings 12 or 16.
  • the armature 6 strikes the associated core, the current flow through the winding changes suddenly, which causes a voltage signal in the induction coil which can be evaluated in the evaluation circuit 40.
  • the switchover of the switch 28 takes place with a slight delay when the frequency reaches zero.
  • the change over time in the voltage generated by integrator 46 can be selected in a wide variety of ways.
  • the voltage can be kept at a constant value corresponding to the resonance frequency of the oscillatable system with the aid of a timing element before it decreases.

Abstract

Die Stelleinrichtung weist ein Stellglied (2) auf, das im passiven Zustand eine durch zwei gegensinnig wirkende Federn (22, 24) gegebene Ruhestellung zwischen einer Öffnungs- und einer Schließstellung einnimmt. Mit dem Stellglied (2) ist ein zwischen zwei Elektromagneten (10, 12; 14, 16) beweglicher Anker (6) verbunden, der zusammen mit dem Stellglied (2) und den Federn (22, 24) ein schwingfähiges System bildet und in Offenstellung gegen die Kraft der einen Feder (24) von dem einen Elektromagneten (10, 12) und in Schließstellung gegen die Kraft der anderen Feder (22) von dem anderen Elektromagneten (14, 16) angezogen wird. Zur Aktivierung der Stelleinrichtung, ausgehend von der Ruhestellung des Stellgliedes (2), werden die beiden Elektromagnete (10, 12; 14, 16) gegeneinander phasenverschoben mit ungefähr der Eigenfrequenz des schwingfähigen Systems für eine zum Aufschwingen bis in die Offen- bzw. Schließstellung ausreichende Zeitdauer erregt; anschließend bleibt nur einer der Elektromagnete erregt.The actuating device has an actuator (2) which, in the passive state, assumes a rest position between an open and a closed position, given by two springs (22, 24) acting in opposite directions. With the actuator (2) between two electromagnets (10, 12; 14, 16) movable armature (6) is connected, which together with the actuator (2) and the springs (22, 24) forms an oscillatable system and in the open position against the force of one spring (24) by one electromagnet (10, 12) and in the closed position against the force of the other spring (22) by the other electromagnet (14, 16). To activate the actuating device, starting from the rest position of the actuator (2), the two electromagnets (10, 12; 14, 16) are phase-shifted with respect to one another at approximately the natural frequency of the oscillatable system for one sufficient to swing up to the open or closed position Time excited; then only one of the electromagnets remains energized.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Aktivieren einer elektromagnetischen Stelleinrichtung gemäß dem Oberbegriff des Hauptanspruchs. Die Erfindung betrifft weiter eine Vorrichtung zum Durchführen des Verfahrens.The invention relates to a method for activating an electromagnetic actuating device according to the preamble of the main claim. The invention further relates to a device for performing the method.

Aus der DE-OS 26 30 512 ist eine elektromagnetisch arbeitende Stelleinrichtung bekannt, welche gemäß dem Oberbegriff des Hauptanspruchs ein Stellglied aufweist, das im passiven Zustand eine durch zwei gegensinnig wirkende Federn gegebene Ruhestellung zwischen einer öffnungs- und einer Schließstellung einnimmt und einen zwischen zwei Elektromagneten beweglichen, mit dem Stellglied verbundenen, magnetisierbaren Anker aufweist, der zusammen mit dem Stellglied und den Federn ein schwingfähiges System bildet und in Offenstellung gegen die Kraft der einen Feder von dem einen Elektromagneten in Anlage an eine an diesem ausgebildete Anlagefläche und in Schließstellung gegen die Kraft der anderen Feder von dem anderen Elektromagneten in Anlage an eine an diesem ausgebildete Anlagefläche bezogen wird. Darüber, wie die Stelleinrichtung aus dem passiven Zustand, in der sich der Anker zwischen den Elektromagneten befindet, in den aktiven Zustand gebracht wird, in der der Anker an einem der Elektromagneten anliegt, finden sich in der DE-OS 26 30 512 keine Angaben. Für eine Aktivierung durch Erregung eines der Elektromagneten sind erhebliche Stromstärken erforderlich, da einerseits der Luftspalt zwischen dem Anker und dem erregten Elektromagneten sehr groß ist und zum anderen die Kraft der zugehörigen Feder überwunden werden muß.From DE-OS 26 30 512 an electromagnetically operating actuating device is known which, according to the preamble of the main claim, has an actuator which, in the passive state, assumes a rest position between an open and a closed position, given by two springs acting in opposite directions, and one between two electromagnets Movable, connected to the actuator, magnetizable armature, which forms an oscillatable system together with the actuator and the springs and in the open position against the force of the one spring of the one electromagnet in contact with a bearing surface formed thereon and in the closed position against the force the other spring is obtained from the other electromagnet in contact with a contact surface formed on the latter. DE-OS 26 30 512 describes how the actuating device is brought from the passive state, in which the armature is located between the electromagnets, to the active state, in which the armature rests on one of the electromagnets not specified. For activation by excitation of one of the electromagnets, considerable current intensities are required, since on the one hand the air gap between the armature and the excited electromagnet is very large and on the other hand the force of the associated spring has to be overcome.

Um eine gattungsgemäße Stelleinrichtung zu aktivieren, wird in der DE-OS 30 24 109 eine Spanneinrichtung vorgeschlagen, mittels der der Ort der Ruhestellung derart verlegbar ist, daß der mit dem Stellglied verbundene magnetisierbare Anker in Anlage an einen der Elektromagneten kommt, so daß das Stellglied beim Aktivieren der Elektromagneten in Anlage an diesem bleibt, wenn die Spanneinrichtung entlastet wird. Bei in Anlage an einem der Elektromagneten befindlichen Anker ist die elektromagnetisch arbeitende Stelleinrichtung aktiviert, so daß sie lediglich durch die Erregung der Elektromagneten in die eine oder die andere Endposition bewegbar ist. Die in der Stelleinrichtung gemäß der DE-OS 30 24 109 enthaltene Spanneinrichtung bedingt einen verhältnismäßig großen baulichen Aufwand und verteuert die Stelleinrichtung wesentlich.In order to activate a generic actuating device, a tensioning device is proposed in DE-OS 30 24 109, by means of which the position of the rest position can be relocated such that the magnetizable armature connected to the actuator comes into contact with one of the electromagnets, so that the actuator when activating the electromagnet in contact with this remains when the tensioning device is relieved. When the armature is in contact with one of the electromagnets, the electromagnetically operating actuating device is activated, so that it can only be moved into one or the other end position by excitation of the electromagnets. The tensioning device contained in the adjusting device according to DE-OS 30 24 109 requires a relatively large amount of construction work and makes the adjusting device considerably more expensive.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Aktivieren einer elektromagnetisch arbeitenden Stelleinrichtung anzugeben, das bei hoher Funktionssicherheit einen einfachen Aufbau der Stelleinrichtung ermöglicht. Weiter soll die Erfindung eine Vorrichtung zum Durchführen des Verfahrens angeben.The invention is based on the object of specifying a method for activating an electromagnetically operating actuating device which, with high functional reliability, enables the actuating device to be constructed simply. The invention is also intended to provide a device for carrying out the method.

Der das Verfahren betreffende Teil der Erfindungsaufgabe wird mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Danach wird das schwingfähige System aus dem Stellglied mit dem daran befestigten Anker und den beiden gegensinnig wirkenden Federn soweit aufgeschaukelt, daß der Anker zumindest so nahe an die Elektromagneten gerät, daß er dort haltbar ist, wenn die Erregung eines der Elektromagneten anhält. Zum Aktivieren, bei dem eine der Federn gespannt wird, also Energie in das System eingespeist wird, sind keine hohen Stromstärken erforderlich, da die Energieeinspeisung in mehreren Zyklen erfolgt. Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren wird eine funktionssichere und mit nur geringem baulichen Aufwand in der Stelleinrichtung verbundene Aktivierung erzielt.The part of the object of the invention relating to the method is solved with the features of claim 1. Then the oscillatable system consists of the actuator with the anchor attached to it and the two in opposite directions kenden springs rocked up so far that the armature gets at least so close to the electromagnets that it is stable if the excitation of one of the electromagnets stops. To activate, in which one of the springs is tensioned, i.e. energy is fed into the system, no high current intensities are required, since the energy is fed in in several cycles. With the method according to the invention, a functionally reliable activation which is associated with only little structural effort in the actuating device is achieved.

Gemäß Anspruch 2 wird sichergestellt, daß während des Aktivierungsvorgangs die Resonanzfrequenz, bei der die wirksamste Anregung erfolgt, erreicht wird.According to claim 2 it is ensured that the resonance frequency at which the most effective excitation occurs is reached during the activation process.

Durch die im Anspruch 3 beschriebene allmähliche Verminderung der Erregungsfrequenz nach dem Aufschwingen gelangt das Stellglied abwechselnd in die eine oder die andere Endlage, ohne daß die Gefahr besteht, daß es in seine passive Stellung zurückkehrt.Due to the gradual reduction of the excitation frequency after the oscillation described in claim 3, the actuator alternately reaches one or the other end position without the risk that it will return to its passive position.

Der Anspruch 4 ist auf eine besonders bei symmetrischer Ausbildung der Stelleinrichtung, d.h. weitgehend gleiche Ausbildung der Elektromagneten, vorteilhafte Durchführung des Verfahrens gerichtet, da die Schwingungsanregung besonders intensiv ist, wenn jeweils während derjenigen Halbschwingung, während der sich der Anker in Richtung auf einen der Elektromagnete bewegt, von diesem ein den Anker anziehenden Kraftfluß ausgeht.The claim 4 is particularly for a symmetrical design of the actuating device, i.e. largely the same design of the electromagnets, advantageous implementation of the method directed, since the vibration excitation is particularly intense if during the half-oscillation during which the armature moves towards one of the electromagnets, a force flow that attracts the armature emanates from the latter.

Der Anspruch 5 kennzeichnet den grundsätzlichen Aufbau einer Vorrichtung zum Durchführen des Verfahrens.The claim 5 characterizes the basic structure of a device for performing the method.

Der Anspruch 6 ist auf eine Ausführungsform einer Schaltung zum Erzeugen von Rechteckspannungssignalen gerichtet.Claim 6 is directed to an embodiment of a circuit for generating square-wave voltage signals.

Mit den Merkmalen des Anspruchs 7 wird erreicht, daß nach dem Aktivieren der Stelleinrichtung in einfacher Weise auf den anschließenden gesteuerten Betrieb der Stelleinrichtung umgeschaltet werden kann.With the features of claim 7 it is achieved that after activation of the actuating device can be switched to the subsequent controlled operation of the actuating device in a simple manner.

Bei einer Vorrichtung gemäß dem Anspruch 8 ist sichergestellt, daß die Erregung des schwingungsfähigen Systems erst dann beendet wird, wenn das Ventilglied eine seiner beiden Endpositionen erreicht hat.In a device according to claim 8, it is ensured that the excitation of the oscillatory system is only ended when the valve member has reached one of its two end positions.

Der Anspruch 9 kennzeichnet eine besonders einfache Ausführungsform eines Sensors zum Erkennen einer Endlage des Ventilgliedes.The claim 9 characterizes a particularly simple embodiment of a sensor for detecting an end position of the valve member.

Zum Stand der Technik sei noch auf die DE-OS 28 15 849 verwiesen, aus der eine elektromagnetische Ventilsteuerung für Kolbenmaschinen bekannt ist. Bei dieser Ventilsteuerung ist ein einziger Elektromagnet vorgesehen, welcher im erregten Zustand einen mit dem Ventilglied verbundenen Anker anzieht und das Ventil gegen die Kraft einer Schließfeder in Offenstellung bewegt. Zur Erregung des Elektromagneten wird auch dort ein Rechteckspannungssignal erzeugt. Eine Eigenart von Ventilsteuerungen gemäß der DE-OS 28 15 849 besteht darin, daß sie verhältnismäßig hohe Stromstärken und viel elektrische Energie benötigen, da die gesamte, zum öffnen des Ventils erforderliche Energie elektrisch aufgebracht werden muß.Regarding the prior art, reference is also made to DE-OS 28 15 849, from which an electromagnetic valve control for piston machines is known. In this valve control, a single electromagnet is provided, which in the excited state attracts an armature connected to the valve member and moves the valve against the force of a closing spring in the open position. A square-wave voltage signal is also generated there to excite the electromagnet. A peculiarity of valve controls according to DE-OS 28 15 849 is that they require relatively high currents and a lot of electrical energy, since all the energy required to open the valve must be applied electrically.

Elektromagnetisch arbeitende Stelleinrichtungen gemäß der Erfindung sind vielseitig verwendbar, beispielsweise für oszillierend bewegbare Steuerelemente an Verdrängungsmaschinen, insbesondere für die Gaswechselventrle von Brennkraftmaschinen.Electromagnetically operating control devices according to the invention can be used in a variety of ways, for example for oscillatingly movable control elements on displacement machines, in particular for the gas exchange valves of internal combustion engines.

Die Erfindung wird im folgenden anhand schematischer Zeichnungen beispielsweise und mit weiteren Einzelheiten dargestellt. Es zeigen:

  • Fig.l eine elektromagnetisch arbeitende Stelleinrichtung mit einem Blockschaltbild einer zugehörigen Schaltung;
  • Fig.2 in der Schaltung gemäß Fig.1 auftretende Signale und
  • Fig.3 ein Blockschaltbild eines in Fig.1 enthaltenen Startgliedes.
The invention is illustrated below with the aid of schematic drawings, for example and with further details. Show it:
  • Fig.l an electromagnetically operating actuator with a block diagram of an associated circuit;
  • F ig.2 signals appearing in the circuit according to FIG. 1 and
  • F ig.3 a block diagram of a start element contained in Fig.1.

Fig.l zeigt als Stellglied ein Tellerventil 2, an dessen Schaft 4 ein Anker 6 befestigt ist. Der Schaft 4 ist innerhalb eines Gehäuses 8 beweglich geführt und durchragt den im Querschnitt insgesamt U-förmigen Kern 10 eines Elektromagneten, dessen Wicklung mit 12 bezeichnet ist. Im Gehäuse 8 befindet sich gegenüber dem Kern 10 ein Kern 14 eines zweiten Elektromagneten mit einer Wicklung 16. Die beiden Elektromagnete sind innerhalb einer öffnung des Gehäuses 8 angeordnet, wobei ihr gegenseitiger Abstand durch eine Buchse 18 gegeben ist und sie mittels eines an dem Gehäuse 8 festgeschraubten Deckels 20 gehalten werden. Zwischen dem Anker 6 und jedem der beiden Kerne 14 und 10 ist eine Schraubenfeder 22 bzw. 24 angeordnet. Die beiden Schraubenfedern 22 und 24 wirken einander entgegen und halten den Anker 6 in der dargestellten Mittelstellung zwischen den Stirnflächen der beiden Kerne 10 und 14.Fig.l shows as an actuator a poppet valve 2, on the shaft 4, an armature 6 is attached. The shaft 4 is movably guided within a housing 8 and extends through the core 10 of an electromagnet, the overall cross-section of which is U-shaped, the winding of which is designated by 12. In the housing 8 there is a core 14 of a second electromagnet with a winding 16 opposite the core 10. The two electromagnets are arranged within an opening of the housing 8, their mutual distance being given by a bushing 18 and by means of a on the housing 8 screwed lid 20 are held. Between the armature 6 and each of the two cores 14 and 10, a coil spring 22 and 24 is arranged. The two coil springs 22 and 24 counteract each other and hold the armature 6 in the illustrated central position between the end faces of the two cores 10 and 14.

Die Schraubenfedern 22 und 24 bilden zusammen mit dem Anker 6 und dem Tellerventil 2 ein schwingungsfähiges System, dessen Eigenfrequenz größer ist als die maximal zum Betätigen des Tellerventils vorgesehene Betriebsfrequenz.The coil springs 22 and 24 together with the armature 6 and the poppet valve 2 form an oscillatory Sy stem whose natural frequency is greater than the maximum intended operating frequency for operating the poppet valve.

Zur Ansteuerung der Wicklungen 12 und 16 ist eine Endstufe 26 vorgesehen, die über einen Umschalter 28 mit einem Spannungs-/Frequenzwandler 30 und mit einer Steuerschaltung 32 verbunden ist.To control the windings 12 and 16, an output stage 26 is provided, which is connected via a changeover switch 28 to a voltage / frequency converter 30 and to a control circuit 32.

Dem Spannungs-/Frequenzwandler 30 ist ein Startglied 34 vorgeschaltet, das zusätzlich mit dem Umschalter 28 verbunden ist.A start element 34 is connected upstream of the voltage / frequency converter 30 and is additionally connected to the changeover switch 28.

Gestrichelt eingezeichnet ist eine Leitung 36, welche einen am Kern 14 angebrachten Sensor 38 über eine Auswerteschaltung 40 mit dem Startglied 34 verbindet.A line 36 is shown in broken lines and connects a sensor 38 attached to the core 14 to the starting element 34 via an evaluation circuit 40.

Mit Ausnahme des Startgliedes 34, dessen Aufbau weiter unten erläutert wird, und der Steuerschaltung 32, die nicht unmittelbar zur Erfindung gehört, sind die genannten Schaltungsbausteine in ihrem Aufbau an sich bekannt und werden daher nicht näher erläutert.With the exception of the start element 34, the structure of which is explained below, and the control circuit 32, which is not directly part of the invention, the circuit modules mentioned are known per se in terms of their structure and are therefore not explained in more detail.

Die Funktion der beschriebenen Schaltung wird im folgenden anhand Fig.2 erläutert.The function of the circuit described is explained below with reference to Fig.2.

Bei Betätigen einer Starttaste erzeugt das Startglied 34 an seinem unmittelbar mit dem Umschalter 28 verbundenen Ausgang ein Rechtecksignal gemäß Teil a) der Fig.2. An seinem mit dem Spannungs-/Frequenzwandler 30 verbundenen Ausgang erzeugt das Startglied 34 eine bestimmte Spannung, die langsam abnimmt.When a start button is pressed, the start member 34 generates a square-wave signal according to part a) of FIG. 2 at its output directly connected to the changeover switch 28. At its output connected to the voltage / frequency converter 30, the starter 34 generates a certain voltage that slowly decreases.

An seinem mit dem Umschalter 28 verbundenen Ausgang erzeugt der Spannungs-/Frequenzwandler 30 ein Rechtecksignal mit einem Tastverhältnis von 50 %, dessen Frequenz entsprechend der Spannung gemäß b) zunächst größer ist als die Resonanzfrequenz des Ventils und die entsprechend der Abnahme der Spannung gemäß b) langsam bis auf die Re- sonanzfrequenz abnimmt. Die Frequenzänderung des Rechtecksignals gemäß c) ist so langsam, daß das Ventil bei Erreichen der Resonanzfrequenz genügend lange erregt wird, so daß der Anker 6 bis in abwechselnde Anlage an die Kerne 10 und 14 schwingt. Diese Anlage wird vom Sensor 38 erfaßt, so daß die Auswerteschaltung 40 ein Signal d) an das Startglied 34 abgibt, woraufhin die dem Spannungs-/Frequenzwandler 30 zugeführte Spannung rascher auf Null abnimmt und die Frequenz des Rechtecksignals gemäß c) entsprechend auf Null abnimmt, so daß im Endzustand eine der beiden Wicklungen 12 oder 16 stromdurchflossen bleibt.At its output connected to the changeover switch 28, the voltage / frequency converter 30 generates a square-wave signal with a duty cycle of 50%, its frequency corresponding to the voltage in accordance with b) is initially greater than the resonant frequency of the valve and according to the decrease of the voltage in accordance with b) slowly to the resonant frequency decreases. The frequency change of the square-wave signal according to c) is so slow that the valve is excited for a sufficiently long time when the resonance frequency is reached, so that the armature 6 oscillates in alternating contact with the cores 10 and 14. This system is detected by the sensor 38, so that the evaluation circuit 40 outputs a signal d) to the start element 34, whereupon the voltage supplied to the voltage / frequency converter 30 decreases more rapidly to zero and the frequency of the square-wave signal according to c) decreases accordingly to zero, so that in the final state one of the two windings 12 or 16 remains energized.

Nach Erreichen einer Endlage bzw. ab dem Auftreten des Signals gemäß d) folgt der Anker 6 und damit das Ventil den Erregungen der Elektromagneten, so daß sich das Ventil jeweils in einer wohl-definierten Stellung befindet und aktiviert ist.After reaching an end position or from the occurrence of the signal according to d), the armature 6 and thus the valve follow the excitations of the electromagnets, so that the valve is in a well-defined position and is activated.

Nach Erreichen der Spannung Null geht mit geringer zeitlicher Verzögerung die Rechteckspannung gemäß a) auf Null zurück, woraufhin der Umschalter 28 umschaltet und entsprechend dem Ausgangssignal der Steuerschaltung 32 eine der Wicklungen 12 bzw. 16 erregt und die andere nicht erregt ist.After reaching the voltage zero, the square-wave voltage according to a) returns to zero with a slight time delay, whereupon the changeover switch 28 switches over and one of the windings 12 and 16 is excited according to the output signal of the control circuit 32 and the other is not excited.

Es sind zahlreiche Abänderungen der beschriebenen Vorrichtung möglich, von denen einige im folgenden erläutert sind:

  • Der Anker 6 kann aus permanent-magnetischem oder aus ferromagnetischem Material sein. Im ersteren Fall ist die Polarität der Erregung der Elektromagnete für die Kraft von Bedeutung, so daß der Endstufe 26 eine nicht dargestellte Steuerstufe vorgeschaltet werden kann, mit der sich die Erregung der Elektromagnete derart steuern läßt, daß ausgehend von der Anlage des Ankers 6 an einen der Elektromagneten dieser mit einer den Anker abstoßenden Polarität und der andere Elektromagnet mit einer den Anker anziehenden Polarität erregt wird. Auch bei aus ferromagnetischem Material bestehendem Anker 6 kann es vorteilhaft sein, zumindest während des Anschwingens zusätzlichen Schaltungsaufwand zu treiben, damit tatsächlich die von den Elektromagneten ausgehenden Kraftflüsse um 180° gegeneinander phasenverschoben sind und nicht lediglich die den Wicklungen zugeführten Ströme.
Numerous modifications of the described device are possible, some of which are explained below:
  • The armature 6 can be made of permanent-magnetic or ferromagnetic material. In the former case it is Polarity of the excitation of the electromagnets of importance for the force, so that the output stage 26 can be preceded by a control stage, not shown, with which the excitation of the electromagnets can be controlled in such a way that, starting from the installation of the armature 6, one of the electromagnets has one the armature repelling polarity and the other electromagnet is excited with a polarity attracting the armature. Even when the armature 6 is made of ferromagnetic material, it may be advantageous to drive additional circuitry, at least during the oscillation, so that the force flows from the electromagnets are actually 180 ° out of phase with one another and not just the currents supplied to the windings.

Bevorzugt befindet sich der Anker 6 in den Extremstellungen des Ventils in unmittelbarer Anlage an dem Kern 10 bzw. 14. Da jedoch das Tellerventil 2 in Schließstellung sich in dichtender Anlage an einem nicht dargestellten Ventilsitz befindet, sind Ausführungsformen möglich, bei denen in Schließstellung ein kleiner Spalt zwischen Anker 6 und Kern 14 verbleibt. Dieser Spalt vergrößert allerdings den zum Halten des Ventils in Schließstellung erforderlichen Strom durch die Wicklung 16 stark.The armature 6 is preferably in the extreme positions of the valve in direct contact with the core 10 or 14. However, since the poppet valve 2 in the closed position is in sealing contact with a valve seat (not shown), embodiments are possible in which a smaller one in the closed position Gap between anchor 6 and core 14 remains. However, this gap greatly increases the current through the winding 16 required to hold the valve in the closed position.

Der Sensor 36, der im dargestellten Beispiel ein auf mechanische Schwingungen im Hörfrequenzbereich oder darüber ansprechendes Bauelement ist, kann auch eine Induktionsspule sein, welche eine der Zuleitungen zu einer der Wicklungen 12 oder 16 umfaßt. Bei Anschlag des Ankers 6 an den zugehörigen Kern ändert sich der Stromfluß durch die Wicklung plötzlich, was in der Induktionsspule ein Spannungssignal hervorruft, das in der Auswerteschaltung 40 auswertbar ist.The sensor 36, which in the example shown is a component which responds to mechanical vibrations in the hearing frequency range or above, can also be an induction coil which comprises one of the feed lines to one of the windings 12 or 16. When the armature 6 strikes the associated core, the current flow through the winding changes suddenly, which causes a voltage signal in the induction coil which can be evaluated in the evaluation circuit 40.

Im folgenden wird anhand Fig.3 ein Ausführungsbeispiel des Startgliedes 34 erläutert:

  • Eine Starttaste 42 ist mit dem Setz-Eingang eines Flip-Flops 44 verbunden, dessen Ausgang mit dem Eingang eines Integrators 46 verbunden ist. Der Ausgang des Integrators 46 liegt an einem Eingang eines Komparators 48 und über eine Leitung 50 an dem Spannungs-/Frequenzwandler 30. Der Ausgang des Komparators 48 ist über eine Leitung 52 mit dem Rücksetz-Eingang des Flip-Flops 44 und über eine Leitung 54 mit dem Umschalter 28 verbunden. Im Betrieb entsteht am Ausgang des Integrators 46 nach Betätigen der Starttaste 42 eine von einem am Integrator voreinstellbaren Wert aus abfallende Spannung. Sobald diese Spannung auf einen bestimmten am Komparator 48 einstellbaren Wert, beispielsweise Null, abgefallen ist, wird über die Leitung 54 der Umschalter 28 umgeschaltet und über die Leitung 52 das Flip-Flop 44 rückgesetzt.
An exemplary embodiment of the starting member 34 is explained below with reference to FIG. 3:
  • A start button 42 is connected to the set input of a flip-flop 44, the output of which is connected to the input of an integrator 46. The output of the integrator 46 is connected to an input of a comparator 48 and via a line 50 to the voltage / frequency converter 30. The output of the comparator 48 is via a line 52 to the reset input of the flip-flop 44 and via a line 54 connected to the switch 28. In operation, a voltage falling from a value that can be preset on the integrator arises at the output of the integrator 46 after actuation of the start button 42. As soon as this voltage has dropped to a certain value that can be set on the comparator 48, for example zero, the changeover switch 28 is switched over the line 54 and the flip-flop 44 is reset via the line 52.

Bei Vorhandensein eines Sensors 38 mit nachgeschalteter Auswerteschaltung 40 ist diese mit dem Setz-Eingang eines weiteren Flip-Flops 56 verbunden, dessen Rücksetz-Eingang mit dem Ausgang des Komparators 48 verbunden ist und dessen Ausgang an einem weiteren Eingang des Integrators 46 liegt, über den die Zeitkonstante des Integrators veränderbar ist. Sobald am Setz-Eingang des Flip-Flops 56 ein Signal liegt, fällt die Spannung am Ausgang des Integrators 46, wie gestrichelt angedeutet, rascher ab.In the presence of a sensor 38 with a downstream evaluation circuit 40, this is connected to the set input of a further flip-flop 56, the reset input of which is connected to the output of the comparator 48 and the output of which is connected to a further input of the integrator 46, via which the time constant of the integrator can be changed. As soon as a signal is present at the set input of the flip-flop 56, the voltage at the output of the integrator 46 drops more rapidly, as indicated by dashed lines.

Wenn der Spannungs-/Frequenzwandler 30 so ausgelegt ist, daß die Frequenz Null bereits bei kleiner Spannung erreicht wird und die Referenzspannung des Komparators 48 unter diesem Wert liegt, erfolgt die Umschaltung des Umschalters 28 gegenüber dem Erreichen der Frequenz Null mit geringer Verzögerung.If the voltage / frequency converter 30 is designed so that the frequency zero is reached even at a low voltage and the reference voltage of the comparator 48 is below this value, the switchover of the switch 28 takes place with a slight delay when the frequency reaches zero.

Die zeitliche Änderung der vom Integrator 46 erzeugten Spannung kann in unterschiedlichster Weise gewählt werden. Beispielsweise kann die Spannung mit Hilfe eines Zeitgliedes zunächst auf konstantem, der Resonanzfrequenz des schwingfähigen Systems entsprechenden Wert gehalten werden, bevor sie abnimmt.The change over time in the voltage generated by integrator 46 can be selected in a wide variety of ways. For example, the voltage can be kept at a constant value corresponding to the resonance frequency of the oscillatable system with the aid of a timing element before it decreases.

Claims (9)

1. Verfahren zum Aktivieren einer elektromagnetisch arbeitenden Stelleinrichtung mit - einem Stellglied, das im passiven Zustand eine durch zwei gegensinnig wirkende Federn gegebene Ruhestellung zwischen einer öffnungs- und einer Schließstellung einnimmt,
und einem zwischen zwei Elektromagneten beweglichen, mit dem Stellglied verbundenen Anker, der zusammen mit dem Stellglied und den Federn ein schwingfähiges System bildet und in Offen- Stellung gegen die Kraft der einen Feder von dem einen Elektromagneten und in Schließstellung gegen die Kraft der anderen Feder von dem anderen Elektromagneten angezogen wird,
dadurch gekennzeichnet , daß
die beiden Elektromagnete gegeneinander phasenverschoben für eine zum Aufschwingen des schwingfähigen Systems bis in die Offen- oder Schließstellung ausreichende Zeitdauer erregt werden und anschließend nur einer der Elektromagnete erregt bleibt.1. Method for activating an electromagnetic actuator with an actuator which, in the passive state, assumes a rest position between an open position and a closed position, given by two springs acting in opposite directions,
and an armature movable between two electromagnets and connected to the actuator, which together with the actuator and the springs forms an oscillatable system and in the open position against the force of the one spring from one electromagnet and in the closed position against the force of the other spring is attracted to the other electromagnet,
characterized in that
the two electromagnets are phase-shifted from one another for a period of time sufficient to swing the oscillatable system into the open or closed position and then only one of the electromagnets remains energized. 2. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet , daß
die Frequenz der Erregung der Elektromagnete bei Beginn des Aufschwingens größer ist als die Eigenfrequenz des schwingfähigen Systems, und das Aufschwingen dann zumindest annähernd mit der Eigenfrequenz des schwingfähigen Systems fortgesetzt wird.2. The method according to claim 1,
characterized in that
the frequency of the excitation of the electromagnets at the start of the oscillation is greater than the natural frequency of the system capable of oscillation, and the oscillation then at least at least approximately with the natural frequency of the oscillatable system is continued. 3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet , daß
die Frequenz der Erregung der Elektromagnete nach dem Aufschwingen kontinuierlich auf Null vermindert wird.3. The method according to claim 1 or 2,
characterized in that
the frequency of excitation of the electromagnets is continuously reduced to zero after the oscillation. 4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet ,
daß das Tastverhältnis der Erregung der Elektromagnete 50 % und die Phasenverschiebung 180° beträgt.4. The method according to any one of claims 1 to 3,
characterized ,
that the duty cycle of the excitation of the electromagnets is 50% and the phase shift is 180 °. 5. Vorrichtung zum Durchführen des Verfahrens nach einem der Ansprüche l bis 4,
gekennzeichnet durch
eine Startschaltung zum Erzeugen eines Rechteckwechselspannungssignals variabler Frequenz und eine Endstufenschaltung (26), welche die Elektromagnete entsprechend dem Rechteckwechselspannungssignal aktiviert.5. Device for carrying out the method according to one of claims 1 to 4,
marked by
a starting circuit for generating a square-wave AC voltage signal of variable frequency and an output stage circuit (26) which activates the electromagnets in accordance with the square-wave AC voltage signal. 6. Vorrichtung nach Anspruch 5,
dadurch gekennzeichnet ,
daß die Startschaltung ein in seiner Amplitude veränderbares Gleichspannungssignal erzeugt und einen Spannungs-/ Frequenzwandler (30) enthält.6. The device according to claim 5,
characterized ,
that the starting circuit generates a DC voltage signal which can be changed in amplitude and contains a voltage / frequency converter (30). 7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 oder 6,
dadurch gekennzeichnet ,
daß der Endstufe (26) ein Umschalter (28) vorgechaltet ist, welcher von der Startschaltung angesteuert die Endstufe bei Erreichen der Frequenz Null mit einer Steuerschaltung (32) verbindet.7. Device according to one of claims 5 or 6,
characterized ,
that the output stage (26) is connected upstream of a changeover switch (28) which, controlled by the start circuit, connects the output stage to a control circuit (32) when the frequency reaches zero. 8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 7,
gekennzeichnet durch
einen Sensor (38) zum Erkennen der Stellung des Stellglieds, welcher Sensor mit der Startschaltung verbunden ist und deren Ausgangssignal bei Erreichen der Offen-oder Schließstellung der Stelleinrichtung im Sinne einer Frequenzminderung beeinflußt.8. Device according to one of claims 5 to 7,
marked by
a sensor (38) for recognizing the position of the actuator, which sensor is connected to the starting circuit and which influences its output signal when the actuating device reaches the open or closed position in the sense of a frequency reduction. 9. Vorrichtung nach Anspruch 8,
dadurch gekennzeichnet ,
daß der Sensor (38) durch eine auf Änderungen des Stroms zu einem der Elektromagnete ansprechende Induktionsspule gebildet ist.9. The device according to claim 8,
characterized ,
that the sensor (38) is formed by an induction coil responsive to changes in current to one of the electromagnets.
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