EP0998623B1 - Elektromagnetische stelleinrichtung - Google Patents

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EP0998623B1
EP0998623B1 EP98951298A EP98951298A EP0998623B1 EP 0998623 B1 EP0998623 B1 EP 0998623B1 EP 98951298 A EP98951298 A EP 98951298A EP 98951298 A EP98951298 A EP 98951298A EP 0998623 B1 EP0998623 B1 EP 0998623B1
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EP
European Patent Office
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winding
holding
electromagnetic control
windings
control instrument
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EP98951298A
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English (en)
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EP0998623A1 (de
Inventor
Karl Heinz Leiber
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LSP Innovative Automotive Systems GmbH
Original Assignee
LSP Innovative Automotive Systems GmbH
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Publication date
Priority claimed from DE19731381A external-priority patent/DE19731381A1/de
Priority claimed from DE19741570A external-priority patent/DE19741570A1/de
Application filed by LSP Innovative Automotive Systems GmbH filed Critical LSP Innovative Automotive Systems GmbH
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    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
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    • 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
    • H01F7/1805—Circuit arrangements for holding the operation of electromagnets or for holding the armature in attracted position with reduced energising current
    • H01F7/1827—Circuit arrangements for holding the operation of electromagnets or for holding the armature in attracted position with reduced energising current by changing number of serially-connected turns or 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
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    • H01F7/1805—Circuit arrangements for holding the operation of electromagnets or for holding the armature in attracted position with reduced energising current
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    • F01L9/20—Valve-gear or valve arrangements actuated non-mechanically by electric means
    • F01L9/21—Valve-gear or valve arrangements actuated non-mechanically by electric means actuated by solenoids
    • F01L2009/2105—Valve-gear or valve arrangements actuated non-mechanically by electric means actuated by solenoids comprising two or more coils
    • F01L2009/2109—The armature being articulated perpendicularly to the coils axes

Definitions

  • the invention relates to an electromagnetic actuating device with the features the preamble of claim 1.
  • Such an actuator is such. B. from DE 3546 513 C2. There the winding of each electromagnet is first until it reaches a maximum current to voltage. Then the power is turned off. about a freewheel circuit now drops the current. When a lower value is reached of the current, voltage is again applied to the winding until an upper one Current value is reached. Now it is switched off again, etc., i.e. the winding around clocked a current value that is smaller than the maximum current value, whereby the power and the magnetic force to the value necessary for holding can be reduced.
  • EP 0 693 756 A1 describes a device for controlling a known electromagnetic consumer, in which the consumer two Has windings.
  • the windings have different numbers of turns.
  • the winding with the larger number of turns is called the actuation winding and the other winding is used as a holding winding.
  • the invention is based on the object, the control of at least one of the To make electromagnets more flexible and more reliable.
  • the electromagnetic actuator for valve adjustment must have two perform different functions. Firstly, in the closing or Open position of the valve of the armature positioned with the smallest possible air gap become. This should result in as little power loss as possible, the efficiency ' of the magnet must be large, i.e. iron and air gap losses must be small. The average currents for the excitation winding should be as small as possible. When the armature has reached its end position, the time constant of the Excitation winding be great. Shortly before reaching the end position, however, it must be as small as possible so that deviations from the target position as quickly as possible can be corrected.
  • the mechanical loss energy (e.g. due to friction), which means a stroke loss represent, be balanced.
  • the magnet has one different efficiency, low for large and high for small Air gaps.
  • Another criterion is the failure of the coil of the closing magnet, the one Total failure of the corresponding cylinder even with 4 valves means and Interference caused by recoil in the intake pipe.
  • a winding as the main winding used to carry out the lifting movement and the second Winding to use as a holding winding with a lower current, which is a reduction in performance brings with it.
  • the two windings can be mutual be used as redundancy if the holding winding in the event of failure the main winding is operated with high voltage.
  • the main winding must let the current rise quickly, so not one have a high number of turns. That is why it is necessary to generate the ampere windings high performance necessary.
  • the holding winding Time to get the excitement you need to stop.
  • the holding winding may have significantly more turns, and therefore comes with significantly lower current.
  • the reduction in holding power is significant, it will reduced to about 15 to 20% compared to the use of a winding.
  • lowering electricity also means a significant reduction in heat.
  • Another possibility in the use of at least two coils per Magnet consists of dividing the yoke and here two windings on the two Use yoke parts or two coils per yoke. This has the effect that Distribution of excitation (ampere winding number) per yoke (half area) at same number of turns per half of the yoke and double resistance Time constant is 1/4. If this division has been made over both halves of the yoke with parallel connection the effective time constant 1/8 and also the redundancy with Failure of a coil guaranteed.
  • the solenoids are controlled individually, in parallel or in series and possibly with different voltage levels. This results in for the product determining the magnetic force current I times the number of turns n (x n) different electrical powers and also time constants. If one fails The coil or output stage must then pass through the required value of the product (x n) higher voltage and thus power are generated. Here is the one necessary power consumption higher, but the engine can continue to operate and will be repaired at the next opportunity.
  • FIG. 1 shows a possible construction of an actuating device according to the invention shown.
  • Two magnetic circuits 3 and 4 are shown, on which windings 11 and 9 are applied.
  • An anchor 7 is mounted by means of a torsion bar 8, which is around the axis 8a can be rotated.
  • the magnetic poles 3a and 4a are corresponding this rotary movement is formed obliquely.
  • the torsion bar 8 provides the anchor 7 without Control one of the windings 11 or 9 in the intermediate position shown.
  • the armature 7 is in an end position brought near the poles 3a or 4a.
  • the anchor 7 is by means of a Cage 1 connected to the torsion bar 8.
  • Holding windings 10 are additionally connected on the magnetic circuits 3 and 4 and 12 applied, which in principle serve the anchor 7 in the To record end positions. These windings 10 and 12 face the Windings 9 and 11 have a higher number of turns and thus a larger number Time constant. However, the additional windings 10 and 12 can also together with the windings 9 and 11 according to those mentioned above Possible uses.
  • These windings 9-12 are made by one controlled ⁇ processor, which in the drawing of the simpler
  • the main windings 9 are divided into two parts 13a and 13b and 11 are from the ⁇ processor part 13a via amplifiers 14a and 14b driven, which is connected to a voltage source 15 of z. B. 42 volts.
  • the holding windings 10 and 12 are via amplifiers 19a and 19b, or 20a and 20b driven.
  • the amplifiers 19a and 20a are connected to one Voltage source 21 of z. B. 12V on.
  • the amplifiers 19b and 20b are connected to the Voltage source 15. All amplifiers are passed through or by the ⁇ processor part 13b off. Both windings 10 and 12 are shunts 22 and 23, respectively downstream. Return lines 24 and 25 lead to the ⁇ processor part 13b back.
  • a converter 26 is connected to the voltage source 15, which converts the voltage the voltage source 15, which is applied to the amplifiers 19b and 20b.
  • FIGS. 3 to 6 Alternative for control are shown explained. These figures show current profiles on a main winding z. B. 9 and the associated holding winding z. B. 10.
  • Fig. 3 shows the drive voltage below.
  • a pulse of the voltage source 15 with the voltage level U 2 is given to the amplifiers 14 a and 19 b. This pulse generates the current profile i Hs in the main coil 14a and the profile i HaS in the holding coil 19a until time t 1 .
  • pulses with the amplitude U 1 of the voltage source 21 are applied to the holding coil 19 a above the amplifier 19 a, which generate the clocked current profile in the holding coil from t 1 .
  • This can be followed after t 2 by changing the control pulses, a clocking by an average smaller current value.
  • the line 24 can be used for clocking, which signals the upper and lower value of the winding current to the ⁇ -processor 13b and thus switches the amplifier 19a on and off.
  • the holding winding 10 with its current i HaS and the main winding 9 with its current i HS from t 1 first effect the holding function together. From t 2 , the holding winding 19a takes over this function alone, and its current is clocked.
  • the shunt 22 and the line 24 can be included in the timing;
  • the line 16 for the main coil or a training 17/18 corresponding to the main coil 11 can be used for clocking.
  • the power stage 14a is a modern power stage with a virtual shunt. This provides a signal when current is flowing.
  • both coils are driven, whereby one drives the holding coil with an increased voltage.
  • the exemplary embodiment in FIG. 7 again shows a microprocessor 33 of the five Output stages 34a, 34b, 34c, 39 and 40 driven.
  • the power amplifiers are power amplifiers with integrated shunts.
  • the output stage 34c is assigned to a main winding 31.
  • the Power stages 39 and 40 are the two holding windings 30 and 32 of the two magnets assigned.
  • the second main winding is that for the magnet that closes the valve in two partial windings 29a and 29b divided, which are also controlled via separate output stages 34a and 34b. As a result, sufficient excitation of the magnet is generated more quickly.
  • the Splitting is also possible with the other main winding. It's like in Fig.2 Converter 36 provided. As in the case of Fig.2, here too Winding failure the windings are replaced. in Fig. 7 is also one Driving the main windings 29a, 29b, and 29c with the high Output voltage of the converter possible.
  • Fig. 8 two windings 61 and 62 for an electromagnet are shown, the controlled by a microprocessor 63 in various ways can.
  • the winding 61 can be controlled by means of the output stages 64 and 66
  • Microprocessor 63 can be controlled separately with 42V.
  • over the power amplifiers 65 and 66 are also made 12V.
  • the winding 62 by means of a microprocessor 63 controlled output stage 67 with 42V can be controlled.
  • the output stages 65 and 68 control the Series connection of the two windings 61 and 62 possible with 12V.
  • About the Lines 69 and 70 at the end of the shunts can cause the microprocessor 63 to fail recognize one of the windings 61 or 62 and an output stage and the Take advantage of existing redundancy by using the appropriate circuit.
  • the coil 61 can be connected simultaneously, that is in parallel 12V and coil 62 can be operated with 42V. This results in electrical power consumption, which are different by a factor of 50, or Performance differences that differ by a factor of 10 for the same (l x n) are. The time constants move in roughly the same ratio as that Services.
  • both coils are designed differently in the number of turns, for. B. winding 62 with a higher number of turns to achieve small power for holding, so must a further voltage source 71 with a correspondingly higher voltage can be provided so that if the coil 61 fails, the current rise in 62 can happen quickly enough.
  • FIG. 9 shows an electromagnet in which the two magnet yokes 80 and 81 are divided.
  • Each of the partial yokes 80a and 80b, or 81a and 81b carries one here Partial winding 82a to 82d. All four windings together form the winding for an electromagnet, where there are several options for connection result.
  • the parallel connection shown is preferably used.
  • the Excitation per half of the yoke is divided in both coils, so that, for. B. both together have the number of turns of an undivided yoke, but that have double resistance. in total is the ampere winding number both coils equal to a single coil per undivided yoke. This results in the considerable reduction in the time constant mentioned at the beginning.

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Description

Die Erfindung betrifft eine elektromagnetische Stelleinrichtung mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruch 1.
Eine derartige Stelleinrichtung ist z. B. aus der DE 3546 513 C2 bekannt. Dort wird die Wicklung jedes Elektromagneten zuerst bis zum Erreichen eines maximalen Stroms an Spannung gelegt. Dann wird der Strom abgeschaltet. Über eine Freilaufschaltung fällt nun der Strom ab. Bei Erreichen eines unteren Werts des Stroms wird wieder Spannung an die Wicklung gelegt bis ein oberer Stromwert erreicht ist. Nun wird wieder abgeschaltet usw., also die Wicklung um einen gegenüber dem maximalen Stromwert kleineren Stromwert getaktet, wodurch die Leistung und die Magnetkraft auf den zum Halten notwendigen Wert vermindert werden.
Es ist auch bekannt Permanentmagnete zum Halten des Ankers zu benutzen (sh. z.B. DE 3500530 C2).
Aus der EP 0 693 756 A1 ist eine Vorrichtung zur Ansteuerung eines elektromagnetischen Verbrauchers bekannt, bei dem der Verbraucher zwei Wicklungen aufweist. Die Wicklungen haben unterschiedliche Windungszahlen. Die Wicklung mit der größeren Windungszahl wird als Betätigungswicklung und die andere Wicklung als Haltewicklung benutzt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, die Ansteuerung wenigstens eines der Elektromagnete flexibler und betriebsicherer zu gestalten.
Diese Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 angegebenen Merkmale gelöst.
Die elektromagnetische Stelleinrichtung für Ventilverstellung muß zwei unterschiedliche Funktionen erfüllen. Zum einen muß in der Schließ- oder Offenstellung des Ventils der Anker bei möglichst kleinem Luftspalt positioniert werden. Hierbei soll möglichst wenig Verlustleistung entstehen, der Wirkungsgrad ' des Magneten groß sein, das heißt Eisen und Luftspaltverluste müssen klein sein. Die mittleren Stromstärken für die Erregungswicklung sollten möglichst klein sein. Wenn der Anker seine Endlage erreicht hat, kann die Zeitkonstante der Erregerwicklung groß sein. Kurz vor Erreichen der Endposition muß sie jedoch möglichst klein sein, damit Abweichungen von der Sollposition möglichst schnell ausgeregelt werden können.
Zum anderen müssen während der Hubbewegung vom anziehenden Magneten die mechanischen Verlustenergien (z. B. durch Reibung), welche einen Hubverlust darstellen, ausgeglichen werden. Abhängig vom Luftspalt hat der Magnet einen unterschiedlichen Wirkungsgrad, niedrig bei großen und hoch bei kleinen Luftspalten. Zur Ausnutzung des guten Wirkungsgrades ist es erforderlich eine Erregerspule mit kleiner Zeitkonstante zu haben, um die notwendige Erregung kurz vor Hubende einzuspeisen.
Ein weiteres Kriterium ist der Ausfall der Spule des Schließmagneten, der einen Totalausfall des entsprechenden Zylinders auch bei 4 Ventilen bedeutet und Störungen durch Rückstoß in das Ansaugrohr zur Folge hat. Diese Überlegungen führen zu der erfindungsgemäßen Wicklungsaufteilung mit Umschaltmöglichkeit.
Man kann die beiden Wicklungen im Normalfall parallel schalten, was eine kleinere effektive Zeitkonstante bedeutet und bei Ausfall einer Wicklung auf Einzelansteuerung der anderen Wicklung mit längeren Ansteuerzeiten übergehen, was die effektive Ventilöffnung, das heißt Luftdurchsatz beeinflußt, aber keinen Totalausfall zur Folge hat. Man kann die beiden Wicklungen für den Hubbetrieb parallel schalten und zum Halten in der Endstellung auf Reihenschaltung der Wicklungen übergehen. Man kann Hauptwicklung als Schnellerregungsspule mit kleiner Zeitkonstante auslegen und diese Spule zur Stellungsregelung oder - steuerung z.B. bei kleinem Luftspalt benutzen. Auch hier wäre bei Ausfall einer Wicklung die andere nutzbar, um die Funktion der einen Wicklung zu übernehmen. Schließlich ist es auch möglich, die eine Wicklung als Hauptwicklung zu verwenden, mit der die Hubbewegung durchgeführt wird und die zweite Wicklung als Haltewicklung mit geringerer Stromstärke zu benutzen, was eine Leistungsverkleinerung mit sich bringt. Auch hier können die beiden Wicklungen gegenseitig als Redundanz ausgenutzt werden, wenn die Haltewicklung bei Ausfall der Hauptwicklung mit großer Spannung betrieben wird.
Die Hauptwicklung muß den Strom schnell ansteigen lassen, kann also nicht eine hohe Windungszahl aufweisen. Deshalb ist zur Erzeugung der notwendigen Amperewindungen eine hohe Leistung notwendig. Dagegen hat die Haltewicklung Zeit, um auf die zum Halten notwendige Erregung zu kommen. Die Haltewicklung darf also deutlich mehr Windungen aufweisen, und kommt somit mit deutlich geringerem Strom aus. Die Reduzierung der Halteleistung ist erheblich, sie wird auf ca. 15 bis 20% gegenüber der Verwendung einer Wicklung abgesenkt. Die Stromabsenkung bedeutet jedoch auch eine wesentliche Wärmereduzierung.
Eine weitere Möglichkeit in der Anwendung von mindestens zwei Spulen pro Magnet besteht darin, das Joch zu teilen und hier zwei Wicklungen auf die beiden Jochteile oder je zwei Spulen pro Joch einzusetzen. Dies hat den Effekt, daß bei Aufteilung der Erregung (Ampèrewindungszahl) pro Joch (halbe Fläche) bei gleicher Windungszahl pro Jochhälfte und doppeltem Widerstand die Zeitkonstante 1/4 beträgt. Wenn diese Aufteilung auf beide Jochhälften erfolgt ist bei Parallelschaltung die effektive Zeitkonstante 1/8 und auch die Redundanz bei Ausfall einer Spule gewährleistet.
Die weiteren Unteransprüche beinhalten günstige Ausgestaltungen und Weiterbildungen. Insbesondere sind dort Möglichkeiten angesprochen, wie man die beiden Wicklungen gemeinsam oder als gegenseitige Redundanz nutzen kann, was von großem Vorteil ist, weil damit der Ausfall einer Spule nicht den Ausfall der gesamten Stelleinrichtung bedeutet. Auch wird dort auf die verschiedenen Betreibungsmöglichkeiten der beiden Wicklungen eingegangen. Oben wurde meist von der Aufteilung in zwei Wicklungsteile gesprochen. Es sind noch weitere Aufteilungen auf drei oder mehr Wicklungsteile denkbar.
Durch Verwendung wenigstens zweier Wicklungen und zugehöriger Endstufen und einer entsprechender Schaltung pro Elektromagnet wird eine hohe Ausfallsicherheit erreicht, was zugleich eine wesentliche Verbesserung der Ausfallrate pro Jahr hinsichtlich des kompletten Motorausfalls bedeutet.
Im Normalfall, das heißt, wenn keine Spule oder Endstufe ausgefallen ist, werden abhängig vom Drehzahlbereich und Betriebsmodus (Schalten oder Halten der Magnete) die Magnetspulen einzeln, parallel oder in Reihe geschaltet angesteuert und gegebenenfalls mit unterschiedlichem Spannungsniveau. Damit ergeben sich für das die Magnetkraft bestimmende Produkt Strom I mal Windungszahl n ( x n) unterschiedliche elektrische Leistungen und auch Zeitkonstanten. Bei Ausfall einer Spule oder Endstufe muß dann der notwendige Wert des Produkts ( x n ) durch höhere Spannung und damit Leistung erzeugt werden. Hier ist zwar die notwendige Leistungsaufnahme höher, der Motor kann jedoch weiter betrieben werden und bei nächster Gelegenheit repariert werden.
Anhand der Zeichnung werden Ausführungsbeispiele der Erfindung näher erläutert.
Es zeigen:
Fig. 1
den möglichen Aufbau einer erfindungsgemäßen Stelleinrichtung
Fig. 2
eine Schaltung zur Betätigung der Stelleinrichtung
Fig. 3 bis 6
Diagramme zum Aufzeigen unterschiedlicher Ansteuerungen der Wicklungen einer Stelleinrichtung
Fig. 7
eine Ansteuerschaltung
Fig. 8
eine Schaltung für die spezielle Ansteuerung der Elektromagnete
Fig. 9
einen Elektromagneten bei dem die beiden Magnetjoche unterteilt sind.
In Fig.1 ist eine möglicher Aufbau einer erfindungsgemäßen Stelleinrichtung gezeigt. Es sind zwei Magnetkreise 3 und 4 dargestellt, auf denen Wicklungen 11 und 9 aufgebracht sind. Ein Anker 7 ist mittels eines Drehstabs 8 gelagert, der um die Achse 8a verdreht werden kann. Die Magnetpole 3a und 4a sind entsprechend dieser Drehbewegung schräg ausgebildet. Der Drehstab 8 stellt den Anker 7 ohne Ansteuerung einer der Wicklungen 11 oder 9 in die gezeichnete Zwischenstellung. Durch Ansteuerung einer der Wicklungen 9 oder 11 wird der Anker 7 in eine Endstellung in der Nähe der Pole 3a oder 4a gebracht. Der Anker 7 ist mittels eines Käfigs 1 mit dem Drehstab 8 verbunden. Am Anker 7 ist eine Betätigungsstange angelenkt, die mit einem zu betätigenden Ventil 6 über eine Kopplung 5 verbunden ist Auf den Magnetkreisen 3 und 4 sind zusätzlich Haltewicklungen 10 und 12 aufgebracht, die im Grundsatz dazu dienen den Anker 7 in den Endstellungen festzuhalten. Diese Wicklungen 10 und 12 weisen gegenüber den Wicklungen 9 und 11 eine höhere Windungszahl und damit eine größere Zeitkonstante auf. Die zusätzlichen Wicklungen 10 und 12 können jedoch auch zusammen mit den Wicklungen 9 und 11 gemäß den oben erwähnten Einsatzmöglichkeiten genutzt werden.
In Fig. 2 sind links die zwei Hauptwicklungen 9 und 11 und rechts die zwei Haltewicklungen 10 und 12 gezeigt. Diese Wicklungen 9-12 werden von einem gemeinsamen µ-Prozessor angesteuert, der in der Zeichnung der einfacheren Darstellung halber in zwei Teile 13a und 13b aufgeteilt ist Die Hauptwicklungen 9 und 11 werden von dem µ- Prozessorteil 13a über Verstärker 14a und 14b angesteuert, die an einer Spannungsquelle 15 von z. B. 42 Volt liegen. Bei den beiden Hauptwicklungen sind zwei Alternativen für eine Rückmeldung dargestellt, nämlich eine Rückmelderleitung 16 vom Verstärker 14a zur Signalisierung des Stromflusses und eine Rückmeldeleitung17 vom als Shunt wirkenden Widerstand 18, mittels dem der Spulenstrom gemessen wird.
Die Haltewicklungen 10 und 12 werden über Verstärker 19a und 19b, bzw. 20a und 20b angesteuert. Die Verstärker 19a und 20a liegen an einer Spannungsquelle 21 von z. B. 12V an. Die Verstärker 19b und 20b liegen an der Spannungsquelle 15. Alle Verstärker werden vom µ-Prozessorteil 13b durch- bzw. abgeschaltet. Beiden Wicklungen 10 und 12 sind Shunts 22 bzw. 23 nachgeschaltet. Rückführleitungen 24 bzw. 25 führen zum µ-Prozessorteil 13b zurück.
An die Spannungsquelle 15 ist ein Converter 26 angeschaltet, der die Spannung der Spannungsquelle 15 erhöht, die an den Verstärkern 19b und 20b anliegt. Anhand der Diagramme der Fig.3 bis 6 werden Alternativen der Ansteuerung erläutert. Diese Fig. zeigen Stromverläufe an je einer Hauptwicklung z. B. 9 und der zugehörigen Haltewicklung z. B. 10.
Fig. 3 zeigt unten die Ansteuerspannung. Ein Impuls der Spannungsquelle 15 mit der Spannungshöhe U2 wird auf die Verstärker 14 a und 19b gegeben. Dieser Impuls erzeugt in der Hauptspule 14a den Stromverlauf iHs und in der Haltespule 19a den Verlauf iHaS bis zum Zeitpunkt t1. Danach werden auf die Haltespule 19a über dem Verstärker 19a Impulse mit der Amplitude U1 der Spannungsquelle 21 gegeben, die den getakteten Stromverlauf in der Haltespule ab t1 erzeugen. Hieran anschließen kann sich nach t2 durch Änderung der Ansteuerimpulse ein Takten um einen im Mittel kleineren Stromwert. Für das Takten kann die Leitung 24 benutzt werden, die den oberen und unteren Wert des Wicklungstroms zum µ-Prozessor 13b signalisiert und damit den Verstärker 19a ein- und ausschaltet.
In Fig. 4 ist unterstellt, daß die Haltewicklung 10 mit Ihrem Strom iHaS und die Hauptwicklung 9 mit ihrem Strom iHS ab t1 zuerst die Haltefunktion gemeinsam bewirken. Ab t2 übernimmt die Haltewicklung 19a allein diese Funktion, und deren Strom wird getaktet. Auch hier kann der Shunt 22 und die Leitung 24 in die Taktung einbezogen sein; desgleichen kann die Leitung 16 für die Hauptspule bzw. eine Ausbildung 17/18 entsprechend der Hauptspule 11 zur Taktung genutzt werden. Im ersten Fall ist die Endstufe 14a eine moderne Endstufe mit virtuellem Shunt. Diese liefert ein Signal wenn Strom fließt.
Im Fall der Fig. 5 ist die Haltewicklung ausgefallen. Hier muß die Hauptwicklung das Halten übernehmen, wozu auf unterschiedlichen Niveau getaktet wird.
Im Fall der Fig. 6 ist unterstellt, daß die Hauptwicklung 9 ausgefallen ist, was über die Leitung 16 erkannt wird. Jetzt wird der Converter 26 über eine Steuerleitung 26a eingeschaltet und dessen hohe Spannung U3 auf die Verstärker 19b und 20b gegeben. Jetzt erzeugt diese hohe Spannung einen schnell ansteigenden Impuls vergleichbar mit dem der Fig.3. Danach wird zum Halten wieder getaktet.
Zum Anschwingen des Systems, d.h. wenn der Anker aus der Ruhestellung heraus beschleunigt werden soll, werden beide Spulen angesteuert, wobei man die Haltespule mit einer erhöhten Spannung ansteuert.
Das Ausführungsbeispiel der Fig.7 zeigt wieder einen Mikroprozessor 33 der fünf Endstufen 34a, 34b, 34c, 39 und 40 ansteuert. Die Endstufen sind Endstufen mit integrierten Shunts. Die Endstufe 34c ist einer Hauptwicklung 31 zugeordnet. Die Endstufen 39 und 40 sind den beiden Haltewicklungen 30 und 32 der beiden Magnete zugeordnet. Im Gegensatz zur Fig.2 ist die zweite Hauptwicklung und zwar die für den Magneten, der das Ventil schließt, in zwei Teilwicklungen 29a und 29b aufgeteilt, die auch über getrennte Endstufen 34a und 34b angesteuert werden. Hierdurch wird schneller eine ausreichende Erregung des Magneten erzeugt. Die Aufteilung ist auch bei der anderen Hauptwicklung möglich. Es ist wie in Fig.2 ein Converter 36 vorgesehen. Wie im Fall der Fig.2 können auch hier bei Wicklungsausfall die Wicklungen ausgetauscht werden. in Fig.7 ist auch eine Ansteuerung der Hauptwicklungen 29a, 29b, und 29c mit der hohen Ausgangsspannung des Converters möglich.
In Fig. 8 sind zwei Wicklungen 61 und 62 für einen Elektromagneten gezeigt, die gesteuert von einem Mikroprozessor 63 in verschiedener Weise angesteuert werden können. Die Wicklung 61 kann mittels der Endstufen 64 und 66 gesteuert von Mikroprozessor 63 getrennt mit 42V angesteuert werden. Wahlweise kann über die Endstufen 65 und 66 auch 12V wirksam gemacht werden. Entsprechend kann die Wicklung 62 mittels von Mikroprozessor 63 gesteuerter Endstufe 67 mit 42V angesteuert werden. Mittels der Endstufen 65 und 68 ist eine Ansteuerung der Reihenschaltung der beiden Wicklungen 61 und 62 mit 12V möglich. Über die Leitungen 69 und 70 am Ende der Shunts kann der Mikroprozessor 63 den Ausfall einer der Wicklungen 61 oder 62 und einer Endstufe erkennen und die vorhandene Redundanz durch entsprechende Schaltung ausnutzen.
Darüber hinaus kann gleichzeitig, das heißt in Parallelschaltung, die Spule 61 mit 12V und Spule 62 mit 42V betrieben werden. Damit ergeben sich elektrische Leistungsaufnahmen, die um den Faktor 50 unterschiedlich sind, oder Leistungsunterschiede, die um den Faktor 10 bei gleicher (l x n) unterschiedlich sind. Die Zeitkonstanten bewegen sich in ungefähr gleichem Verhältnis wie die Leistungen.
Da beide Spulen ungleich in der Windungszahl ausgelegt sind, z. B. Wicklung 62 mit höherer Windungszahl um kleine Leistung zum Halten zu erzielen, so muß eine weitere Spannungsquelle 71 mit entsprechend höherer Spannung vorgesehen werden, damit bei Ausfall der Spule 61 der Stromanstieg in 62 schnell genug erfolgen kann.
Fig. 9 zeigt einen Elektromagneten bei dem die beiden Magnetjoche 80 und 81 unterteilt sind. Jedes der Teiljoche 80a und 80b, bzw. 81a und 81b trägt hier eine Teilwicklung 82a bis 82d. Alle vier Wicklungen zusammen bilden die Wicklung für einen Elektromagneten, wobei sich hier mehrere Möglichkeiten der Verschaltung ergeben. Vorzugsweise wird die gezeichnete Parallelschaltung verwendet. Die Erregung pro Jochhälfte wird in beiden Spulen geteilt, so daß z. B. beide zusammen die Windungszahl eines nicht geteilten Joches haben, aber den doppelten Widerstand aufweisen. in der Summe ist die Ampèrewindungszahl beider Spulen gleich einer Einzelspule pro ungeteiltem Joch. Dadurch ergibt sich die eingangs erwähnte erhebliche Reduzierung der Zeitkonstante.

Claims (7)

  1. Elektromagnetische Stelleinrichtung mit zwei Elektromagneten, und einem verschiebbar gelagerten, zwischen Poiffächen der Elektromagnete durch Elektromagnetkraft hin- und herbewegbaren Anker, der ohne Ansteuerung der Wicklung eines Elektromagneten durch zwei entgegengesetzt gerichtete Federkräfte in einer Zwischenstellung gehalten wird und nach Erreichen einer Endstellung wenigstens in der Nähe der Polflächen des entsprechenden Elektromagneten durch verminderte Magnetkraft festgehalten wird, wobei die Bewegung des Ankers zur Betätigung eines Ventils eines Verbrennungs-motors dient, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens die Wicklung des das Schließen des Ventils bewirkenden Elektromagneten in zwei Teilwicklungen aufgeteilt ist, daß die eine Teilwicklung, Hauptwicklung, zur Hubbewegung ausgenutzt wird und daß die andere Teilwicklung Hauptwicklung zur Fixierung des Ankers in der Endstellung dient, wobei die Haltewicklung eine im Vergleich zur Hauptwicklung große Windungszahl aufweist, und daß eine derartige Verschaltung der Haltewicklung vorgesehen ist, daß sie beim Start des Systems aus der Ruhelage undloder bei Ausfall der zugehörigen Hauptwicklung mit einer erhöhten Betriebsspannung beaufschlagt wird.
  2. Elektromagnetische Stelleinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Hauptwicklung als Schnellerregungswicklung mit kleiner Zeitkonstante ausgebildet ist.
  3. Elektromagnetische Stelleinrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß beide Wicklungen zum Anschwingen des Ankers aus der Zwischenstellung mit einer höheren Betriebsspannung angesteuert werden.
  4. Elektromagnetische Stelleinrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, gekennzeichnet durch eine derartige Verschaltung der Hauptspule, daß sie bei Ausfall der zugehörigen Haltewicklung mit einer solchen Steuerspannung beaufschlagt wird, daß sie die Wirkung der Haltespule übernimmt.
  5. Elektromagnetische Stelleinrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Strom der Hauptspule in der Haltefunktion getaktet wird.
  6. Elektromagnetische Stelleinrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Strom der Haltespule getaktet wird.
  7. Elektromagnetische Stelleinrichtung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Taktung zeitlich nacheinander mit unterschiedlichem Mittelwert erfolgt.
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