CN113366252B - 气动电磁阀、具有电磁阀的现场设备和气动电磁阀的故障诊断方法 - Google Patents

Abstract

用于过程技术设施如发电厂、化工厂、食品加工厂等的现场设备的气动电磁阀，包括：电磁执行器，其具有可通电的线圈和相对于线圈活动的衔铁；至少一个空气腔，三条空气通道通入空气腔，这三条空气通道包括第一空气通道、第二空气通道和控制空气通道；至少一个阀构件，其在第一关闭位置中关闭第一空气通道而开放第二空气通道，在第二关闭位置中关闭第二空气通道而开放第一空气通道；其中设有至少一个接合杆尤其是调节杆或调节轴，它在第一调节方向和与第一调节方向相反的第二调节方向上可活动并以适于传力方式将阀构件联接至衔铁，其中在接合杆与衔铁之间设有至少一个用于根据第一调节方向或第二方向提供在接合方向上作用于接合杆的预紧力的接合预紧件如弹簧，至少一个复位预紧件如复位弹簧尤其设置在接合杆与电磁执行器、优选是相对于线圈不可移动的芯之间以与接合方向相反地提供作用于接合杆的复位力。

Description

气动电磁阀、具有电磁阀的现场设备和气动电磁阀的故障诊 断方法

技术领域

本发明的主题是用于过程技术设施例如发电厂如核电厂、化工厂如石化设备如精炼厂、食品加工厂如啤酒厂或牛奶场等的现场设备的气动电磁阀。本发明也涉及具有包括气动电磁阀的单作用或两作用的气动调节驱动装置的现场设备。本发明还涉及气动电磁阀的故障诊断方法

背景技术

从现有技术中知道了气动电磁阀，其包括气动电动执行器和借此作动的两位三通阀。这种两位三通阀(501)在图9和图10中被示出。两位三通阀(501)可以在被用在气动电动现场设备中时具有与气压源相连的进空气通道(511)、与压缩空气降区如大气相连的排空气通道(521)以及用于气动执行器的进风和排风的控制空气通道(551)。两位三通阀(501)还包括空气通道(511,521,551)通入其中的空气腔(505)以及可在空气腔(505)内运动的阀构件(553)。阀构件(553)可以或是关闭进空气通道(511)、或是关闭排空气通道(521)。

为了作动该阀构件(553)，即为了使阀构件在排空气通道-关闭位置(图10)和进空气通道-关闭位置(图9)之间运动，该阀构件以调节杆(507)刚性连接至电磁线性驱动装置(503)的衔铁(533)。电磁线性驱动装置配备有在衔铁(533)和驱动装置的铁磁性芯(537)之间的复位弹簧(573)。复位弹簧设置用于在电磁驱动装置因线圈(531)被切换至断电而无效时将衔铁(533)例如置于进空气通道关闭位置(图9)。当电磁执行器被激活时，衔铁克服复位弹簧(573)力地被磁吸合且在电压足够大时如此运动，即，将阀构件置于排空气通道关闭位置(图10)中。

在衔铁与可磁化芯之间设有非磁性间隙空隙(534)以避免衔铁(533)接触到可磁化的芯(537)。在接触时会出现极高的附着力。间隙的尺寸被设定为容忍在阀构件(553)和排空气通道(521)的与之配合的阀座(523)上的一定程度的磨损和/或下陷，而未出现在衔铁与芯之间的接触和进而未出现随之而来的气动电磁阀功能失效。在衔铁与芯之间的磁吸力与在芯与衔铁之间距离的倒数成平方关系地增大。因此，磨损起到自我加强效果。在一开始轻微磨损之后，可能快速且失控地出现气动电磁阀失效。为了避免在设备工作中的功能失效，预防性更换该两位三通阀。因为只在取出拆下的阀上能看到实际磨损状态，故必须容忍不必要的更换成本以利于可靠设备运行。

由DE102016120655A1公开了一种用于电磁阀状态监测的方法，其中，通过顶杆复位在电磁铁内感生的电压在先群电流关断之后作为时间函数被测量单元测知，并且被评估单元与参考函数相比较。从比较结果中应该推断出弹簧状态。但是，如DE102016120655A1所述的方法不允许推断出阀构件上的磨损现象和/或下陷现象。

发明内容

本发明的任务是克服现有技术的缺点，尤其提供具有更高的故障安全性的电磁阀和用于电磁阀的故障诊断方法。

因此，规定了一种用于过程技术设施如发电厂如核电厂、化工厂如石化设备、食品加工厂如啤酒厂等的现场设备的气动电磁阀。该气动电磁阀包括电磁执行器，其具有可通电的线圈和可相对于线圈移动的衔铁。电磁执行器还可以包括相对于线圈固定不动的铁芯或磁芯。电磁执行器尤其可以是电磁线性执行器。

气动电磁阀包括(第一)空气腔，三条空气通道通入其中，其中，这三条空气通道是第一空气通道、第二空气通道和控制空气通道。第一空气通道例如可以是进空气通道，其与气压源如压缩空气储罐、空压机等相连。第二空气通道可以是排空气通道，其与压降区如大气相连。该控制空气通道可以被连接至气动执行器以对其进风和/或排风。气动电磁阀尤其被设计成两位三通阀。当气动电磁阀被设计为两位三通阀时，阀构件可以如此安装在空气腔内，即该阀构件或是关闭第一空气通道、或是关闭第二空气通道。该气动电磁阀包括阀构件，它在第一关闭位置上关闭第一空气通道而开放第二空气通道，其在第二关闭位置上关闭第二空气通道而开放第一空气通道。尤其可以如此设计阀构件，控制空气通道与阀构件位置无关地敞通的。尤其是，气动电磁阀没有其它通入空气腔的空气通道。第一空气通道、第二空气通道和控制空气通道优选通入空气腔。第一关闭位置可以被称为进空气通道关闭位置。第二关闭位置可以被称为排空气通道关闭位置。阀构件尤其是至少部分弹性的密封件。

根据本发明的电磁阀包括活动的接合件(Mitnehmer)、尤其是调节杆或调节轴。接合件在第一调节方向和与第一调节方向相反的第二调节方向上可移动。例如一个接合件可被设计成调节杆并且可线性地例如上下移动。接合件以适合传力的方式将阀构件连接至衔铁。在接合件和衔铁之间设有用于根据第一调节方向或根据第二调节方向提供在接合方向上作用于接合件的预紧力的至少一个接合预紧件如弹簧。另外，设有至少一个复位预紧件如复位弹簧用于提供在与接合方向相反的方向上作用于接合件的复位力。复位预紧件尤其可布置在所述接合件与电磁执行器、优选是电磁执行器的相对于线圈不可移动的芯之间。

该接合件没有与衔铁材料材料锁合连接和/或刚性连接。该接合件相对于衔铁可移动。尤其是该接合件可以相对于衔铁线性移动。所述衔铁和接合件优选相对于线圈在同一方向上移动。例如呈调节杆状的接合件可以具有根据接合方向的线性可移动性，并且衔铁可以具有根据调节方向的线性可移动性，它们彼此平行地尤其是同轴地取向。如果一个接合件例如以调节轴形式实现，则规定了相对于转动轴线的交换运动，并且电磁执行器能以具有可转动的衔铁的转动轴形式实现，该衔铁可以绕同一转动轴线或另一转动轴线转动。

优选地，所述接合预紧件和复位偏置件可以彼此分开构成。例如该接合预紧件例如能以弹簧如第一螺旋弹簧的形式和该复位预紧件以复位弹簧例如第二螺旋弹簧的形式构成。可以想到所述接合预紧件和/或复位预紧件被设计成塑料弹簧。例如塑料弹簧能以弹性体块形式实现。可以想到的是，这样的塑料弹簧以功能联合方式一方面起到接合预紧件作用，另一方面起到复位预紧件作用，例如做法是该塑料弹簧与该接合件连接，并且在一侧支承在衔铁上且在另一侧支承在电磁执行器的相对于线圈位置不变的部分上。这种塑料弹簧可以具有不同的部段，在这里，一个部段作为接合预紧件，另一个部段作为复位预紧件。可以想到的是该复位预紧件布置在所述接合件与衔铁之间。

根据一个优选实施方式，接合方向对应于第二调节方向，即，第一调节方向对应于衔铁从第二关闭位置到第一关闭位置的运动方向。第二调节方向对应于衔铁从第一关闭位置到第二关闭位置的运动方向。在此优选实施例中，接合预紧件在第二调节方向上、即在第二关闭位置方向上提供预紧力，作为从阀构件至第二空气通道的阀座的接合力。

通过借助接合件使阀构件与衔铁分离并且通过接合预紧件，实现了在接合方向上的阀构件作用于空气通道阀座的关闭力的限制。由此，即便当活动的衔铁很强烈地接近电磁执行器的芯、例如直到很小间隙时，有利地限制阀构件作用于阀座的关闭力。通过这种方式可以避免以指数形式自动增强的磨损现象。相比于传统的两位三通阀，可以通过这种方式显著提升本发明的气动电磁阀的故障安全性。

根据一个实施方式，电磁执行器被设计成具有相对于线圈不可活动的可磁化的且尤其是铁磁性的芯。在芯与衔铁之间设有非磁性间隙。非磁性间隙尤其形成在第一和/或第二调节方向上在芯与衔铁之间的空隙，从而该芯适合工作地相对于衔铁总是非接触的。优选可以在该间隙内安置由不可磁化材料例如PTFE构成的抗吸持体如抗吸持涂层或抗吸持板。安置在该间隙内的抗吸持体可以部分或完全地覆盖在该间隙内的芯和/或衔铁的表面。电磁执行器尤其具有如此尺寸，在第一关闭位置和/或第二关闭位置中，在所述电磁铁的芯和衔铁之间留有或许至少部分用抗吸持体填充的非磁性间隙。

根据气动电磁阀的一个实施方式，该接合件具有用于确定与接合方向相反的衔铁相对于接合件的最终位置的止挡。在接合方向上的止挡位置可相对于接合件被移动。尤其是，在接合方向上的止挡位置相对于接合件是固定不动的。止挡可与接合件刚性地例如以形状配合方式或一件方式联接。止挡限定与接合方向相反的衔铁相对于接合件的可移动性。在接合方向上，衔铁相对于接合件未被止挡阻碍地移动。当衔铁通过电磁执行器和/或复位预紧件与接合方向相反地被移动时，衔铁抵接到止挡。通过迫使衔铁抵靠接合件的止挡来保证衔铁和接合件与接合方向相反地执行共同运动。这样一来，衔铁可以接合该接合件以将阀构件置入第一关闭位置。

根据气动电磁阀的一个实施方式，接合预紧件限制在接合方向上的阀构件作用于阀座的碰撞作用如碰撞力。接合预紧件可以限制例如在接合方向上的阀构件对第二阀座的碰撞力，该接合方向例如对应于第二调节方向。接合预紧件可以限定在关闭位置中阀构件作用于阀座的碰撞力，该关闭位置由借助电磁执行器的衔铁电磁作动来造成。例如第二关闭位置可以通过借助电磁执行器作动衔铁来实现。可以如此获得关闭位置，即，衔铁通过电磁铁被运动，在这里，所述运动通过通过接合预紧件自衔铁被传递至接合件。只要阀构件在第一阀座与第二阀座之间自由运动，则接合件的运动在此情况下对应于衔铁的运动。如果阀构件在接合方向上进入与阀座的接触中，则由此阻止接合件在接合方向上进一步运动，在这里，衔铁在接合方向上的例如进入该间隙的进一步运动可以进行。衔铁在接合方向上运动超过关闭位置可以通过接合预紧机构至少部分或完全被吸纳，而衔铁运动不会被传递至阀构件。通过这种方式，在接合方向上的阀构件作用于阀座的碰撞作用且尤其是碰撞力被限制。通过这种方式，一方面显著减小朝向接合方向的阀构件作用于阀座的撞击冲击力，因为相对于接合件和阀构件质量明显更大的衔铁质量被脱开，从而衔铁质量未影响在接合方向上的阀构件作用于阀座的撞击冲击力。还会避免衔铁进入间隙的运动造成阀构件的相应运动或变形，这与根据图9的此时存在衔铁与阀构件的材料结合的刚性连接的现有技术不同。此外，阀构件在接合方向上作用于阀座的碰撞作用与呈指数形式增大的磁力无关，电磁铁在间隙变小时将所述磁力施加到衔铁。不是磁性作用力自衔铁传递至接合件，而是仅传递该接合预紧件的由在该间隙范围内的(自由)调节行程造成的附加弹簧力。

替代地或附加地，该复位预紧件可以限制与接合方向相反的阀构件对阀座的碰撞作用、尤其是碰撞力。例如该气动电磁阀可以设计用于在电磁执行器切换至断电时仅复位预紧件的力迫使阀构件在关闭位置例如第一关闭位置上抵靠阀座如第一阀座。在这样的设计中，复位预紧件可以通过具有线性特性曲线或渐进特性曲线的弹簧来设计。在由复位预紧件造成的关闭位置例如第一关闭位置中，与复位预紧件的预紧对应地提供预定的关闭力。复位预紧件的预紧力可以根据预紧-弹簧-调节形成来选择，其显著小于阀构件从第一关闭位置到第二关闭位置的调节形成。例如该偏置弹簧-调节行程可以小于调节机构调节行程的50％、20％或甚至小于10％。在关闭位置中由复位预紧件提供的预紧力对应于阀构件作用于阀座的碰撞力。

根据一个实施方式，气动电磁阀还可以包括第二空气腔和设于其中的第二阀构件。第二阀构件可以像第一阀构件那样由接合件承载。第二阀构件可以由另一个接合件承载。接合件且尤其是调节杆可以呈叉状并且包括多个尖头，在每个尖头上可以承载至少一个阀构件。第二阀构件尤其是至少部分弹性的密封件。另外三个空气通道通入另一个空气腔。另外的空气通道包括第四空气通道、第五空气通道和另一个控制空气通道。第二阀构件在第一关闭位置中关闭第四空气通道而开放第五空气通道。在第二关闭位置中，第二阀构件关闭第五空气通道而开放第四空气通道。

第五空气通道例如可以是进空气通道，其与气压源如压缩空气储罐、压缩机等相连。第四空气通道可以是排空气通道，其与压降区如大气相连。另一个控制空气通道可以与气动执行器相连，以对其通风和/或排风。气动电磁阀尤其被设计成两位五通阀。如果气动电磁阀被设计成两位五通阀，则第一阀构件可以如此安装在空气腔内，即，阀构件或是关闭第一空气通道、或是关闭第二空气通道，而第二阀构件可以如此安装在另一个空气腔内，即，第二阀构件或是关闭第四空气通道、或是关闭第五空气通道。

接合件或另一个接合件以适合传力方式将第二阀构件与尤其正好一个衔铁相连。在用于第二阀构件的接合件与衔铁之间设有至少一个接合预紧件如弹簧用于根据第一调节方向或根据第二调节方向提供在接合方向上作用于接合件的预紧力。另外，设有至少一个复位预紧件如复位弹簧用于与接合方向相反地提供作用于第二阀构件用接合件的复位力。复位预紧件尤其可以布置在第二阀构件用接合件与电磁执行器、优选是相对于线圈不可移动的电磁执行器芯之间。

气动电磁阀可以在具有各自空气通道的n个空气腔内包括n个(超过两个)阀构件，其中，n个另外阀构件能承装在同一接合件或多个尤其个别的接合件上。所述n个另外阀构件可以根据在启动电磁阀中的一个上述第二阀构件来实现。尤其是，该气动电磁阀能以n/2换向阀形式实现。

根据气动电磁阀的一个改进方案，第一空气通道和第五空气通道是气动并联的。替代地或附加地，第二空气通道和第四空气通道可以是并联的。例如第一空气通道和第五空气通道能以进空气通道的形式实现，它们通过同一个供给通道与一个气压源相连。例如第二空气通道和第四空气通道能以排空气通道的形式实现，它们与气压降区尤其是大气相连。根据气动电磁阀的一个替代改进方案，第一空气通道和第四空气通道在气压上是并联的。替代或附加地，第二空气通道与第五空气通道可以是并联的。例如第二空气通道与第五空气通道能作为排空气通道来实现，它们与气压降区、尤其是大气相连。

根据气动电磁阀的一个改进方案，该接合件包括在第一阀构件与第二阀构件之间的弹性连接。根据此实施方式，第一和第二阀构件承载于同一接合件上。弹性连接可以形成该接合件的一个相对于接合件余部具有更高弹性的部分。例如该弹性连接可以具有比在弹性连接与和/或第一阀构件和接合预紧件之间的弹接合件部分高至少10％、至少50％或至少100％的弹性。尤其是，弹性连接可以限制所述另一个阀构件作用于至少另一个阀座的碰撞作用、尤其是关闭力。

根据气动电磁阀的另一个改进方案，该接合件包括在第一阀构件与第二阀构件之间的刚性连接。根据该实施方式，第一和第二阀构件装载在同一接合件上。优选地，整个接合件都是刚性的。尤其是，在第二阀构件与第一阀构件和/或接合预紧件之间的接合件的弹性是恒定的。尤其是，该接合预紧件可限制在接合方向上的另一个阀构件作用于另一个阀座的碰撞作用，和/或该复位预紧件可限制在与接合方向相反的方向上的另一个阀构件作用于另一个阀座的碰撞作用。

根据一个实施方式，气动电磁阀包括模拟的和/或数字的故障诊断电子装置，其优选在线圈被激活以作动衔铁时测量流过线圈的电流，以提供故障诊断结果。该故障诊断电子装置尤其可设计用于基于至少一个第一局部通过电流最小值来提供故障诊断结果。例如故障诊断电子装置可以设计用于在考虑在至少一个(第一)局部通过电流最小值与一个参考时刻之间的时间差的情况下提供故障诊断结果。参考时刻可以是预定的。尤其是，该故障诊断电子装置可以设计用于基于至少两个局部通过电流最小值、即第一局部通过电流最小值和第二局部通过电流最小值来提供故障诊断结果。故障诊断电子装置可以设计用于在考虑第二时间差情况下提供故障诊断结果，第二时间差存在于第一通过电流最小值的出现与由出现第二局部通过电流最小值所限定的参考时刻之间。依据该时间差，可作出对明两位三通阀的磨损状态的说明。故障诊断电子装置可设计用于在该时间差低于预定阈值时输出警报或错误通报。

气动电磁阀的模拟和/或数字的故障诊断电子装置尤其是可以设立用于执行如下所述的故障诊断方法。关于模拟故障诊断，电流值可以通过分流电阻被转换为电压并且在其随时间变化过程中被始终监测。通过微分元件可以探测发现拐点并且例如被转换为单脉冲。测量元件可以将在两个脉冲之间所经过的时间转换为数字值或模拟值。关于在使用微处理器、微控制器等时的数字分析，它可以始终数字转换在分流电阻处的电压信号并且通过固件例程来探测和评估拐点及其时间差。通过附加的阻尼元件，在碰撞拐点之间的时间差可被增大。因此，对于评估电路将获得更好的可探测性。阻尼元件不仅可以与壳体相关地阻尼衔铁，或与衔铁相关地阻尼阀杆连带密封件。通过最佳选择的切换电压幅值，也可以优化电流增值的时间变化曲线。本发明也涉及用于过程技术设施如发电厂、化工厂、食品加工厂等的现场设备，包括尤其是单作用或两作用的气动调节阀驱动装置和如上所述的气动电磁阀，其中第一空气通道是用于与气压源相连的进空气通道，而第二空气通道是用于与气压降区相连的排空气通道，并且其中该控制空气通道与调节阀驱动装置的控制空气腔相连。

根据现场设备的一个实施方式，气动调节阀驱动装置可以被设计成带有弹簧复位机构的单作用的调节阀驱动装置。单作用的调节阀驱动装置优选包括正好一个可接受气压作用的用于提供调节阀操作力的控制空气腔，调节阀操作力与弹簧复位机构的复位力反作用。根据此实施方式，电磁阀可以尤其以两位三通阀的形式实现。

根据具有两作用的气动调节阀驱动装置和带有第一阀构件和第二阀构件的尤其如上所述的气动电磁阀的现场设备的一个实施方式，该控制空气通道与调节阀驱动装置的第一控制空气腔相连，第二控制空气通道与同第一控制空气腔相反作用的第二控制空气腔相连。根据此实施方式，该电磁阀尤其以两位五通阀形式实现。两作用的气动调节阀驱动装置优选包括正好两个彼此反向作用的控制空气腔用于作动调节阀。但可能尤其优选的是在这种现场设备中第一和第五空气通道被设计成进空气通道、而第二和第四被设计成排空气通道。通过这种方式，两作用的气动调节阀驱动装置的简单作动可得以保证，做法是在第二阀构件进风时第一阀构件排风，或反之。本发明也涉及一种用于过程技术设施如发电厂、化工厂、食品加工厂等的现场设备的气动电磁阀的故障诊断方法。该故障诊断方法尤其可针对如上所述的气动电磁阀和/或现场设备来设计。

该故障诊断方法包括故障诊断例程。根据故障诊断例程，带有用于作动阀构件的衔铁的电磁执行器被激活。根据故障诊断例程，作为第一参考时刻检测阀构件碰撞阀座，作为第二参考时刻检测衔铁碰撞尤其在电磁执行器的位置固定的芯上的止挡如非磁性抗吸持体如抗吸持涂层或抗吸持盘。根据故障诊断方法的故障诊断例程，在第一参考时刻与第二参考时刻之间的碰撞时间差被查明。该碰撞事件差应该与预定的时间差参考值相比较。可以想到将多个前后相继进行的故障诊断例程的碰撞时间差相互比较。也可以想到进行将前述比较组合起来，例如不同的故障诊断例程的多个不同的测知时间差可以被相互比较。依据在故障诊断方法的一个或多个故障诊断例程中所获得的一个或多个碰撞时间差值的比较结果，可以做出对气动电磁阀磨损状态的说明。根据本发明的故障诊断方法因此允许在连续运行期间连续监测两位三通阀工作状态，从而可在其整个安全的使用寿命期间内使用电磁阀。电磁阀功能和磨损状态的监测还允许很可靠的运行，因为能可靠排除由磨损造成的出乎意料的失效。

显然，将参考时刻命名为“第一”或“第二”参考时刻以及或许“第三”、“第四”或其它参考时刻并不与参考时刻的出现时间相关。相反，通过所述不同的命名来清楚表明不同的参考时刻可能与不同的故障诊断相关的事件，并且各有一个规定的单独参考时刻可被对应配属于具体的故障诊断相关事件。

在故障诊断方法的一个实施方式中，在故障诊断例程中作为第四参考时刻，检测另一个阀构件碰撞另一个阀座。在此，尤其是确定在第四参考时刻与第一参考时刻和/或第二参考时刻之间的至少另一个碰撞时间差。根据故障诊断方法的一个实施方式，为了激活电磁执行器，电流可以流过执行器的线圈，并且第一参考时刻和/或第二参考时刻和/或第四参考时刻可以基于流过线圈的局部(第一、第二和/或第三)通过电流最小值来测知。流过电磁执行器线圈的电流与衔铁相对于电磁驱动机构的运动和位置相关联。当衔铁例如在阀构件碰撞阀座时和/或在衔铁自由运动结束时遇到减速，则与减速相关地出现流过线圈的电流的时间局部的通过电流最小值。例如故障诊断方法可以在考虑至少一个(第一)局部通过电流最小值与一个参考时刻之间的时间差的情况下进行。该参考时刻可以是预定的。尤其可以基于至少两个局部通过电流最小值、即第一局部通过电流最小值和第二局部通过电流最小值来进行故障诊断方法。故障诊断方法可以在考虑第二时间差的情况下进行，第二时间差存在于出现第一通过电流最小值与出现第二局部通过电流最小值所限定的参考时刻之间。根据故障诊断方法的可与在先实施方式组合的一个实施方式，针对该故障诊断方法，作为第三参考时刻可以获知阀构件脱离第二阀座。可以获知在第一参考时刻与基于此能执行另一故障诊断功能的参考时刻之间的运动时间差。例如可以依据所获的运动时间差相比于运动时间差基准和/或一个或多个另外其它的故障诊断例程的运动时间差值的比较来查明阀构件是否能顺利地移动离开第一阀座和第二阀座。尤其是，作为第五参考时刻可以检测另一个阀构件脱离另一个其它阀座。

根据可与在先的故障诊断方法组合的故障诊断方法的一个实施方式，依次执行多个故障诊断例程，其中多个故障诊断例程的碰撞时间差被考虑进来，尤其被相互比较。

根据故障诊断方法的一个实施方式，当至少一个故障诊断例程的碰撞时间差接近零或等于零时，作为故障诊断结果生成磨损状态警报。例如当在执行故障诊断方法时不同于预期没有出现两个局部通过电流最小值、而是仅出现一个时，可以生成磨损状态警报，因为这可推断出气动电磁阀未按规定起效。例如阀构件和/或阀座可能出现缺陷，以致无法再保证阀构件可靠关闭。也可以想到，有异物位于衔铁和电磁执行器之间或在阀座与阀构件之间，以致无法再按照规定运动。但是，例如在评估多个依次进行的故障诊断例程的碰撞时间差中可以发现碰撞时间差据此经历临界变化、即例如降低而因此逼近零的趋势和/或过程之时，已经可以发出磨损状态警报。

根据可与在先的故障诊断方法组合的故障诊断方法的一个实施方式，当在至少一个故障诊断例程期间的两个参考时刻之间的第二时间差超出极限值时，作为故障诊断结果可以进行功能故障警报。在此，在第一参考时刻与第三参考时刻之间或在第二参考时刻与第三参考时刻之间的第二时间差或另一个时间差被获知并且与所属的极限值相比较。也可以想到将所述第一参考时刻、第二参考时刻和/或第三参考时刻与其它的例如预定的第四参考时刻相比较，并且将该时间差与所属的极限值相比较。

附图说明

本发明的其它特征、特性和优点通过以下对优选实施例和附图的说明变得清楚明白，其中：

图1示出处于第一关闭位置的本发明的气动电磁阀的剖视图；

图2a示出处于第二关闭位置的根据图1的本发明电磁阀的局剖图；

图2b示出处于第二关闭位置的根据图1的本发明的电磁阀，其中该衔铁已到达其终端位置；

图3a是位移-时间曲线图，其示出从第一关闭位置起在接合方向上的衔铁位置；

图3b是位移-时间曲线图，其表示根据图1的本发明电磁阀从第一关闭位置起在第二调节方向上的阀构件位置；

图3c示出电流-时间曲线图，其示出在阀构件从第一关闭位置运动到第二关闭位置时流过根据图1的电动气动调节装置的磁线圈的通过电流；

图4a是用于有缺陷的气动电动调节装置的衔铁位置的位移-时间曲线图；

图4b时用于有缺陷的气动电动调节装置的阀构件位置的位移-时间曲线图；

图4c示出用于根据图1的有缺陷的气动电动调节装置的电流-时间曲线图；

图5示出处于第二关闭位置的本发明的另一个气动电磁阀的截面图；

图6a示出处于第二关闭位置的具有多个阀构件的本发明另一个电磁阀的截面图，其中该衔铁已到达其最终位置；

图6b示出处于第二关闭位置的根据图6a的电磁阀，其中该衔铁接触止挡；

图6c示出处于第一阀构件脱离关闭位置的状态的根据图6a的电磁阀的截面图；

图6d示出处于两个阀构件脱离关闭位置的状态的根据图6a的电磁阀的截面图；

图7示出电流-时间曲线图，其表示在阀构件从第一关闭位置运动至第二关闭位置时流过根据图6a至图6d气动电动调节装置的磁线圈的通过电流；

图8示出具有多个阀构件的本发明另一调节阀的截面图；

图9示出处于第一关闭位置的传统的气动电动两位三通阀；和

图10示出处于第二关闭位置的根据图9的传统的两位三通阀。

具体实施方式

在以下结合如图所示的实施例对本发明优选实施例的说明中，相同的或相似的零部件带有相同的或相似的附图标记以便于理解。

如前言所述被设计成两位三通阀的根据本发明的气动电磁阀总体带有附图标记1。作为主要组成部件，电磁阀1包括在此被设计成线性执行器的电磁执行器3和具有正好三个通入其中的空气通道、即作为进空气通道构成且与气压源相连的第一空气通道11、作为排空气通道构成且与大气相连的第二空气通道21以及作为控制空气通道51构成且与气动执行器相连(未被详细示出)的第三空气通道的空气腔5。

在气动电磁阀1中，控制空气通道51与阀构件53位置无关地在空气腔5内总是保持打开。电磁阀1具有第一关闭位置(图1)，在第一关闭位置中该进空气通道11通过阀构件53被关闭。电磁阀1具有第二关闭位置(图2a和图2b)，在第二关闭位置中该阀构件53关闭排空气通道21。该电磁阀通过阀构件53朝向第一调节方向S1的运动被置入第一关闭位置(图1)。该电磁阀1通过阀构件53在第二调节方向S2上的运动被置入第二关闭位置(图2a和图2b)。阀构件53朝向包围第一空气通道11的通口的第一阀座13的运动在所示的实施例中是阀构件53朝向第一调节方向S1的运动。阀构件53朝向包围第二空气通道21通入空气腔5的通口的第二阀座23的运动在图1所示的实施方式中实现了朝向第二调节方向S2的调节运动。

阀构件53被刚性连接至接合件，接合件在如图所示的实施例中以调节杆7的形式实现。调节杆7相对于电磁阀1的壳体可在第一调节方向S1和/或第二调节方向S2上运动地安装。调节杆7借助由螺旋弹簧71实现的接合预紧件以适合传力的方式联接至电磁执行器3的衔铁33。

电磁执行器包括线圈31，控制电流I可流过该线圈以生成电磁场，在电磁场作用下可作动该衔铁33。在如图1、图2a和图2b所示的呈线性执行器形式的电磁执行器3实施例中，衔铁33同轴布置在磁线圈31内。线圈的旋转对称轴线可以如图所示对应于调节杆7和/或阀构件53的旋转对称轴线。调节杆7可线性移动并且阀构件53随之移动。

为了作动气压电动调节装置1，电流I流过电磁执行器3的线圈31。通过磁线圈31激活而产生的电磁场造成或许通过磁芯35被加强的作用于可线性活动的衔铁33的磁吸力。电磁执行器3的作用于衔铁33的磁吸力造成衔铁33在接合方向M上运动。衔铁33的运动将通过接合预紧件71被传递至接合件7、即装有阀构件53的调节杆。在所示实施例中，接合方向M对应于第二调节方向S2。当在所示实施例中该磁线圈31被激活以作动衔铁33时，它可以造成衔铁33在接合方向M上(在所示图中向上)运动和阀构件53在第二调节方向S2上相应同向运动。当电磁执行器3被激活时，衔铁33、接合件7和阀构件53可以从第一关闭位置起沿着阀调节路径x在第二调节方向上(向上)运动，直到阀构件53到达第二关闭位置(图2a)。阀构件53在其与第二阀座23接合时到达第二关闭位置，第二阀座形成第二空气通道21通入空气腔5的通口。

因为接合件7通过设于两者间的被拉紧的接合预紧件71脱离衔铁33，故衔铁33可以继续在其接合方向M上运动。在通过衔铁33、阀构件53和接合件7在接合方向M上一起运动而使阀构件53与阀座23接合之后，无法再做运动，衔铁33可以继续沿自由调节行程s运动。衔铁33沿自由调节行程s的运动可能被弹性机构、阻尼机构等阻碍或未被阻碍地进行。

衔铁33可以继续在接合方向M上运动，直到衔铁33相对于磁线圈31的运动停止(图2b)。在所示实施方式中，衔铁33撞到在衔铁33和磁芯35之间间隙34内的非磁性止动件74。非磁性止动件74阻止在衔铁33的与磁芯35的铁磁性构件之间的接触。

在衔铁33沿自由行程距离s运动期间，阀构件53和接合件7处于相对于电磁阀1壳体位置固定的位置中。因为衔铁33通过接合预紧件71支承在接合件7上，故接合预紧件71根据衔铁33所完成的自由调节行程s被压缩。该行程或自由调节行程s在此对应于接合预紧件71的弹簧行程。通过接合件33沿自由调节行程33的运动，对阀构件53施加关闭力，其对应于自由行程距离s乘以接合预紧件71的弹簧常数。该关闭力可能比在很接近磁芯35时作用于衔铁33的磁力小了许多倍。

在接合方向M上，接合预紧件71以预紧力V将推压接合件7。与接合方向M相反地，在根据图1、图2a和图2b的所示实施例中，复位预紧件73以复位力R从位置固定的磁芯35作用于接合件7。

当在如图2a和图2b所示的气动电磁阀1的实施例中通过结束或中断流过线圈31的通过电流停用电磁执行器3时，在接合方向M上作用于衔铁33的磁吸力渐消。复位螺旋弹簧73的与接合方向M相反取向的预紧力和接合预紧件71的在根据图2b的位置中作用的预紧力于是造成衔铁33与接合方向M相反地(向下)运动。

在接合件7和衔铁33之间被拉紧的接合预紧件71使衔铁33与接合方向M相反地一直运动到形成在接合件7上的止挡75。止挡75限制在与接合方向M相反的方向上的衔铁33相对于接合件7的线性运动可能性。接合件7、止挡75、接合预紧件71和衔铁33能如此相互协调，即，在结构上保证了接合预紧件71总是处于与一方面是接合件7且另一方面是衔铁33的尤其是拉紧的接触中。如果衔铁33处于与不可磁化的止动件74的接触中，则衔铁33被接合件7上的止挡75抬高了自由调节行程s。

复位预紧件73被如此设计，它(i.)可以从第二关闭位置(图2a和图2b)起与接合方向M相反地使衔铁33进入第二关闭位置(图1)和/或(ii.)可以在第二关闭位置中提供用于将阀构件53压紧到第一阀座13的关闭力。

复位预紧件73通常以适于传力的方式设置在活动的阀构件53和气动电磁阀1的位置固定部分之间。复位预紧件73例如可以在一侧支承在阀构件53、接合件7或衔铁33上。复位预紧件73可以例如在另一侧支承在电磁阀1的壳体部上或电磁执行器3的位置固定部分例如磁芯35上。尤其呈螺旋弹簧状的复位预紧件73可以被拉紧布置在衔铁33和气动电磁阀1的位置固定的配对支座上。在如图所示的实施例中，复位预紧件73在一侧支承在接合件7上，在另一侧支承在磁芯35上。当复位预紧件73在第一调节方向S1上移动接合件7时，在当前的实施方式中，衔铁33被接合件7借助接合预紧件71带动。

在第一关闭位置(图1)中，复位预紧件73提供作用于接合件7和与之相连的阀构件53的预紧力，这造成阀构件53在第一空气通道11通入空气腔5的通口处与阀座13的紧密接触。复位预紧件73的弹性行程对应于阀构件53在第一阀座13和第二阀座23之间的调节位移距离x。

如图1、图2a和图2b所示的气动电磁阀1被设计成是断电打开的，因此，在流过线圈31的通过电流中断情况下，复位预紧件73将阀构件53置入打开所述进空气通道21的第一关闭位置S1。在本发明范围内可以想到的是，根据本发明的气动电磁阀被设计成断电关闭式电磁阀，例如这样设计，即，在断电状态下该复位预紧件关闭排空气通道；这例如可以如此实现，第二空气通道21是与气压源相连的进空气通道，并且第一空气通道11是与气压降区相连的排空气通道。

图3a示出关于衔铁33位置的位移-时间曲线图，其中，如图2b所示的衔铁33的末端止挡位置用作参考点(距离0)并且衔铁远离止挡点的距离被示出。图3b示出阀构件53的位移-时间曲线图，其中，o点是根据图2a和图2b的第二关闭位置，从该位置起示出了阀构件53相对于第二阀座23的在第一调节方向S1上的距离。图3c示出通过电流-时间曲线图，其中示出了流过线圈31的通过电流。在曲线图中被示出的数字是指定性比较值。

图3a、图3b和图3c涉及完全发挥功能的本发明气动电磁阀。图4a、图4b和图4c涉及有缺陷的本发明气动电磁阀。

图3c示出在从第一关闭位置(图1)或静止位置起作动该气动电磁阀1时的流过电磁线圈31的通过电流I，在静止位置上该阀构件53通过复位预紧件73的力来定位。

从时刻t0(0.1秒)起，流过线圈31的电流I增大。如在图3a和图3b可看到地，在时刻t0至时刻t3尚未进行阀构件运动。如在图3b中可看到地，阀构件从时刻t3起开始运动。在时刻t0与时刻t3之间，电流I增大。由此，电磁线圈31造成逐渐变大的磁力，该磁力作用于处于关闭位置(图1)的衔铁33。在时刻t3，磁调节力大到足以克服在关闭位置(图1)上作用于接合件7和阀构件53以将其压到第一阀座13上的复位预紧弹簧73的预紧力R。电磁执行器3从t3之后造成衔铁33、接合件7和阀构件53运动向第二调节方向S2。

在对应于阀构件53脱离第一阀座13的时刻t3与所述时刻t1之间，阀构件与第一调节方向S1相反地运动向第二阀座53。在时刻t1，阀构件53进入与第二空气通道21的第二阀座23的接触中，并且阀构件53的调节运动结束。在时刻t3与时刻t1之间进行的(图3b)的行程距离x对应于在第一阀座13上的第一关闭位置(图1)与在第二阀座23上的阀构件53的第二关闭位置(图2a和图2b)之间的阀构件行程距离x。在时刻t1之后，阀构件53接触第二阀座23地静止不动。

因为衔铁33脱离了刚性连接至阀构件53的接合件7，故衔铁也可以在阀构件53在时刻t1到达第二关闭位置(图2a)之后继续在接合方向上运动，直到衔铁33在时刻t2碰到末端止挡74。接合复位件71抵制衔铁33的运动。如在图3a中与图3c相关地看到地，在到达根据图2a的关闭位置之后，衔铁33首先保持与接合止挡75接触。或许，衔铁33可以在阀构件53到达阀座时的时刻t1暂时上冲。当线圈31内的通过电流I提供足够大的磁力以便也克服接合预紧件71的复位力V时，衔铁33只在时刻t1之后才缓慢脱离止挡75。接着，衔铁33离开止挡75并且在接合方向M上一直运动到止动件74。当达到此时衔铁最初运动的电流值I时，系统的电感马上增大，因为气隙开始缩小。电流升高速度减小并甚至改变其方向，因为磁体系统现在感生出反向电压。这导致在衔铁运动开始之后不久就达到在曲线中的电流最大值。接着，电流又一直降低，直至衔铁碰撞在其机械止挡上。曲线中的拐点表征衔铁碰撞点。

在时刻t2，衔铁33获得其在止动件74上的最终末端抵碰，止动件形成在衔铁33与磁芯35之间的非磁性且不可磁化的阻隔。只要足够大的控制电流I流动，则衔铁33保持在该最终位置(图2b)。

在过程参数(复位预紧件的复位力R、接合预紧件的复位力V、自由调节行程s、阀调节行程x、作动能量(电流U)等)恒定下，在完全发挥功能的气动电磁阀1中预期通过电流曲线的走向在每个作动周期中与时间t相关地同样变化。可能出现较小的容差。以瞬间力平衡为特点的参考时刻t0、t1、t2和/或t3在过程参数恒定的情况下可再现地在针对每个周期(即每个故障诊断例程)保持不变的相互长时间间隔中进行。

例如将预期在第一参考时刻t1与第二参考时刻t2之间的时间差dt在能发挥功能的气动电磁阀情况下对于不同的操作周期保持一样大小，或许此时考虑略有容差。发明人已经发现，基于在参考时刻t1和t2之间的足够长的时间段dt能推断出在衔铁33和磁芯35之间的间隙34足够大并且或许设于其中的止动件74没有磨损或至少没有过度磨损。在t1处的第一拐点(0.15s)表征密封件碰撞上座13，在t2处的第二拐点t2(0.1875s)表征衔铁33碰撞抗吸持盘74。在两个碰撞之间的时间差dt(37.5ms)表征新的尚未磨损的阀。如果座的行程现在因磨损而改变(下陷作用)，则两个拐点之间的时间差dt也改变。

依据参考时刻t1和参考时刻t3之间的和/或参考时刻t1与参考时刻t0之间的时间差可以查明在第一阀座13和第二阀座23之间的调节位移x是否空闲并且阀构件53和接合件的运动是否顺畅。如果在参考时刻t1与参考时刻t0和/或t3之间的时间差明显小，例如当时间差低于一个最小阈值时，可以推断出其中一个所述弹簧断裂。如果在参考时刻t1和其中一个参考时刻t0和/或t3之间的时间段明显长，例如高于一个最大阈值，则可以推断出障碍干扰了接合件和/或阀构件53的运动或者有不希望的大摩擦力作用于接合件7。

图4a、图4b和图4c示出有缺陷的气动电磁阀的曲线图。在参考时刻t1和t2之间的时间差dt*随机减小。时间差dt*小于一个阈值。该阈值可以是预定阈值。阈值可以在执行该故障诊断方法时通过与一个或多个在先故障诊断例程周期的参考时间差dt相比较被确定。阀构件53的行程x因磨损而增大，而衔铁行程s保持不变。在密封件53碰撞和衔铁碰撞之间的时间差dt*关键地将dt(37.5ms)缩短至dt*(19.1ms)。在如图4a、图4b和图4c的随机值测量中，需要气动电磁阀的更换。

在图5中示出另一个根据本发明的电磁阀1a。图6a至图6d示出又一个根据本发明的电磁阀1b。在图8中示出处于第一下关闭位置中的本发明电磁阀1c的另一个替代实施方式。电磁执行器3和借助接合预紧件71和复位预紧件73将设计成调节杆7的接合件接合至执行器3对应于上述情况，因此就此参照以上说明。

电磁阀1a和1b实现了两位五通阀。包含第一空气腔5中的第一阀构件53的第一阀级在电磁阀1a和1b中如以上关于电磁阀1所述地来设计，其中第一空气腔具有第一空气通道11、第二空气通道21和控制空气通道51。第二阀级与第一阀级对应地构成。即，第二空气腔105对应于第一空气腔5；第四空气通道111与第一空气通道11对应而第五空气通道121与第二空气通道21对应地构成；并且每个空气腔5或105各自具有一个控制空气通道51或151。关于第二阀级的结构设计和功能，在其它方面参照以上对在如图1、图2a和图2b所示的电磁阀1中的第一阀级的描述。

在当前的实施方式中，第一空气通道11和第五空气通道121在气压上是并联的并且与同一个供给通道110相连。供给通道110可以被连接至一个气压源(未示出)。第五空气通道在此情况下是进空气通道121。第二空气通道21和第四空气通道111能够在气压上并联地与大气或其它压降区相连。第四空气通道在此情况下是排空气通道111。第一控制空气通道51可以与气压式两作用的调节驱动装置的第一控制空气腔相连(未示出)。第二控制空气通道151可以与一个气压式两作用的调节驱动装置的第二控制空气腔相连(未示出)。

电磁阀1a和1b与前述电磁阀1的区别基本上仅在于存在一个第二阀级，其包括在第二空气腔105中的另一个阀构件153连同其所属的其它空气通道111、121和151，其中的两个空气通道选择性地可通过第二阀构件153被关闭。电磁阀1a和1b的彼此区别基本上仅在于在由同一调节杆7承载的两个阀构件53和153之间的其各自连接170或171。由于这两个阀构件53和153被固定在同一调节杆7上，故第一阀构件53和第二阀构件153朝向相同的第一或第二调节方向S1或S2运动。

阀构件53和153能够在第一调节方向S1上一直运动，直到两者都处于第一关闭位置(未示出)。在第一关闭位置中，第二阀构件53处于与第一空气通道11的阀座13的紧密接触中，第二阀构件153处于与第四空气通道111的阀座113的紧密接触中。

阀构件53和153可以共同地在第二调节方向S2上一直运动，直到它们两者都处于第二关闭位置(图5、图6a和图6b)。在第二关闭位置中，第一阀构件53处于与第二空气通道21的阀座23的紧密接触中，而第二阀构件153处于与第五空气通道121的阀座123的紧密接触中。

在如图5所示的电磁阀1a中，第一阀构件53和第二阀构件153与同一调节杆7相连。在阀构件53和153之间，调节杆7被设计成刚性连接170。刚性连接170包括在接合方向M上恒定的弹性，该弹性对应于在第一阀构件53与衔铁33和/或接合预紧件71之间的调节杆7的弹性。调节杆7在接合方向M上在接合预紧件和复位预紧件73处开始地超过第一阀构件53地直至第二阀构件153以具有恒定横截面和保持不变的材料的实心杆形式一件制造。当离开关闭位置时，两个阀构件53和153同时或几乎同时放开各自阀座13和113或者23和123。当到达一个关闭位置时，两个阀构件在未关闭状态下同时占据阀座13和113或者23和123(第一和第四参考时刻实际上重合)。

在如图6a至图6d所示的电磁阀1b中，第一阀构件53和第二阀构件153与同一调节杆7相连。在阀构件53和153之间，调节杆7局部被设计成具有弹性连接171。弹性连接171相比于在第一阀构件53与衔铁33和/或接合预紧件71之间的接合件具有更高的弹性。更高的弹性例如可以通过材料掏空如径向靠外的收缩部或者横穿调节杆的开口来实现(未示出)。弹性连接171可以通过由比接合件余部材料更具弹性的其它材料构成的部段构成。弹性连接171例如可以通过压簧部段和/或拉簧部段构成。例如该电磁阀1b的尺寸可以被如此设定，在第二关闭位置(图6a和6b)中的弹性连接171被拉紧且被弹性拉长，而在第一关闭位置中的弹性连接171是放松的或者被压紧且被弹性压缩。

从第二关闭位置(图6a和图6b)开始，电磁阀1b的阀构件53和153朝向第一调节方向S1运动，其中，首先是第一阀构件53(图6c)且随后是第二阀构件153(图6d)放开各自阀座23或123。当朝向第一调节方向S1进一步运动到第一关闭位置时，首先是第二阀构件153且随后是第一阀构件53可以置于与各自阀座13或113的紧密接触中。

从第一关闭位置起，电磁阀1b的阀构件53和153可朝向第二调节方向S2运动，其中，首先是第一阀构件53且随后是第二阀构件153放开各自阀座13或113(根据图7的第三参考时刻t3)。在朝向第二调节方向S2进一步运动到第二关闭位置(图6a和图6b)时，首先是(根据图7的第四参考时刻t4)第二阀构件153(图6c)且随后是(根据图7的第一参考时刻t1)第一阀构件53(图6b)可以进入与各自阀座23或123的紧密接触。当力进一步增大时，衔铁33可以如上所述地相对于止挡75在接合方向M被提高，直到衔铁33碰到止挡74(图6a，根据图7的第二参考时刻t2)。

依据在t4和t1之间的第一碰撞时间差dt和第二碰撞时间差dt’或者在t4和t2之间的dt”，可以识别第二阀级的磨损状态。

在图8所示的电磁阀1c中，多个尤其相同的阀构件53和53’与相同的调节杆7’相连。如图8所示的电磁阀1c在电气和机械方面所起的作用基本上与根据图5的上述电磁阀1a一样。在离开关闭位置时，两个阀构件53和53’同时或几乎同时放开各自阀座13和13’或23和23’。当到达关闭位置时，两个阀构件53和53’在未关闭状态下同时占据阀座13和13’或23和23’(第一和第四参考时刻实际上重合)。

电磁阀1c与电磁阀1a的不同之处在于，电磁阀1c的阀构件53和53’没有像电磁阀1a的阀构件53和153那样在调节机构的轴向上同轴相互错位。调节杆7’在同一个电磁执行器3与阀构件53、53'之间分叉。调节杆7’在其阀侧端具有两个尖头173、173’。在图8中，左尖头173上装有左阀构件53，而右尖头173’上装有右阀构件53’。阀构件53和53’在电磁执行器3的对称轴线的横向上尤其平行错开。至少一个或多个尖头173、173’在调节杆7’的分叉区域中实现止挡75。在电磁阀1c中可能优选的是这两个下空气通道11和11’是进空气通道。空气通道11和11’可以与相同的或不同的气压源相连。这两个上空气通道21、21’可以是排空气通道，其如在图8举例示出的那样可以通入同一个大气通道120。左侧控制空气通道51和右侧控制空气通道51’可以与不同的或相同的调节阀相连。例如这两个控制空气通道51和51与一个气动调节驱动装置的相同的气动工作腔(控制空气腔)相连。或者，右侧控制空气通道51和左侧控制空气通道51’能与不同的、尤其是并联的且对准方向的气动调节驱动装置的各自气动工作腔相连。

清楚明白的是，电磁阀1c可以包括带有其它阀构件的尖头。替代地或补充地，电磁阀1c根据图8可沿每个单独的调节杆尖头173和/或173’具有其它的阀级，就像在根据图5的电磁阀1a实施方式中或根据图6a至图6d的实施方式中那样。

在前面的说明书、附图中公开的特征不仅可以单独地、也可以在任何组合中对于以不同设计方案实现本发明是有意义的。

附图标记列表

1 电磁阀

3 气动电磁执行器

5,5’,105 空气腔

7,7’ 调节杆

11,11’,121 进空气通道

13,13’ 第一阀座

21,2l’,111 排空气通道

23,23’ 第二阀座

31 (磁)线圈

33 衔铁

34 间隙

35 衔铁

51,51’,151 控制空气通道

53,53’,153 阀构件

71 接合预紧件

73 复位预紧件

74 非磁性止动件

75 止挡

110 供给通道

120 大气通道

113,123 阀座

170 刚性连接

171 弹性连接

173,173’ 尖头

I 控制电流

M 接合方向

V 接合预紧力

R 复位预紧力

S1 第一调节方向

S2 第二调节方向

dt,dt*,dt’,dt“ 时间差

s 自由调节行程

t0,t1,t2,t3,t4 参考时刻

x 阀调节行程

Claims (30)

1.一种用于过程技术设施的现场设备的气动电磁阀(1)，所述气动电磁阀(1)包括：

电磁执行器(3)，该电磁执行器具有能够通电的线圈(31)和相对于所述线圈(31)活动的衔铁(33)；

至少一个第一空气腔(5)，三个空气通道通入所述第一空气腔，其中，这三个空气通道包括第一空气通道(11)、第二空气通道(21)和第一控制空气通道(51)；

至少一个阀构件，该阀构件包括第一阀构件，该第一阀构件在第一关闭位置中关闭所述第一空气通道(11)并且开放所述第二空气通道(21)，该第一阀构件在第二关闭位置中关闭所述第二空气通道(21)并且开放所述第一空气通道(11)；

其特征在于，设有至少一个接合杆，包括第一接合杆和第二接合杆，该第一接合杆在第一调节方向(S1)和与所述第一调节方向(S1)相反的第二调节方向(S2)上是能够活动的并以适于传力的方式将所述第一阀构件(53)联接至所述衔铁(33)，其中，在所述第一接合杆与所述衔铁(33)之间设置有至少一个接合预紧件，用于根据所述第一调节方向(S1)或所述第二调节方向(S2)在接合方向(M)上提供作用于所述第一接合杆的预紧力(V)，并且其中，至少一个复位预紧件设置在所述第一接合杆与所述电磁执行器(3)之间，以与所述接合方向相反地提供作用于所述第一接合杆的复位力(R)，其中，设有模拟和/或数字故障诊断电子装置，该模拟和/或数字故障诊断电子装置在所述线圈(31)激活以作动所述衔铁(33)时检测流过所述线圈(31)的电流，以便依据至少一个第一局部电流最小值或至少两个局部电流最小值且在考虑出现所述第一局部电流最小值的时刻与参考时刻之间的时间差的情况下提供故障诊断结果。

2.根据权利要求1所述的气动电磁阀(1)，其特征在于，所述电磁执行器(3)的芯(35)被设计成是可磁化的，其中，在所述芯(35)与所述衔铁(33)之间设有非磁性间隙(34)。

3.根据权利要求1或2所述的气动电磁阀(1)，其特征在于，所述第一接合杆具有止挡(75)，该止挡用于确定与所述接合方向相反的所述衔铁(33)相对于所述第一接合杆的最终位置。

4.根据权利要求1所述的气动电磁阀(1)，其特征在于，所述接合预紧件限制在所述接合方向(M)上所述第一阀构件(53)作用于第二阀座(23)的碰撞作用和/或所述复位预紧件限制与所述接合方向相反的所述第一阀构件(53)作用于第一阀座(13)的碰撞作用。

5.根据权利要求1所述的气动电磁阀(1)，其特征在于，所述电磁阀(1)还包括：

第二空气腔(105,5’)，另外三个空气通道(11’,21’,51’,111,121,151)通入所述第二空气腔中，其中，所述另外三个空气通道包括第四空气通道(11’,111)、第五空气通道(21’,121)和第二控制空气通道；

第二阀构件(53’,153)，该第二阀构件在所述第一关闭位置中关闭所述第四空气通道(11’,111)并且开放所述第五空气通道，并且该第二阀构件在所述第二关闭位置中关闭所述第五空气通道并且开放所述第四空气通道(11’,111)；其中，所述第一接合杆或第二接合杆上装有所述第二阀构件(53’,153)。

6.根据权利要求5所述的气动电磁阀(1)，其特征在于，所述第一空气通道(11)和所述第五空气通道(121)在气压方面是并联的和/或所述第二空气通道(21)和所述第四空气通道(111)是并联的。

7.根据权利要求5或6所述的气动电磁阀(1)，其特征在于，所述第一接合杆(7)包括在所述第一阀构件(53)与所述第二阀构件(153)之间的弹性连接(171)。

8.根据权利要求5或6所述的气动电磁阀(1)，其特征在于，所述第一接合杆(7)包括在所述第一阀构件(53)与所述第二阀构件(153)之间的刚性连接(170)。

9.根据权利要求1所述的气动电磁阀(1)，其特征在于，该模拟和/或数字故障诊断电子装置在所述线圈(31)激活以作动所述衔铁(33)时检测流过所述线圈(31)的电流，以便依据至少一个第一局部电流最小值或至少两个局部电流最小值且在考虑出现所述第一局部电流最小值的时刻与出现第二局部电流最小值的时刻之间的时间差的情况下提供故障诊断结果。

10.根据权利要求1所述的气动电磁阀(1)，其特征在于，至少一个复位预紧件设置在所述第一接合杆与相对于所述线圈(31)不可移动的芯(35)之间，以与所述接合方向相反地提供作用于所述第一接合杆的复位力(R)。

11.根据权利要求2所述的气动电磁阀(1)，其特征在于，所述电磁执行器(3)的所述芯(35)被设计成是铁磁性的。

12.根据权利要求2所述的气动电磁阀(1)，其特征在于，在所述间隙(34)内设有由不可磁化材料构成的抗吸持体。

13.根据权利要求12所述的气动电磁阀(1)，其特征在于，在所述间隙(34)内设有由不可磁化材料构成的抗吸持涂层或抗吸持盘(74)。

14.根据权利要求5所述的气动电磁阀(1)，其特征在于，所述第一接合杆是调节杆或调节轴，其中，所述调节杆(7,7’)或调节轴或第二接合杆上装有所述第二阀构件(53’,153)。

15.根据权利要求7所述的气动电磁阀，其特征在于，所述弹性连接限定所述第二阀构件作用于至少另一个阀座的碰撞作用。

16.根据权利要求8所述的气动电磁阀，其特征在于，所述接合预紧件限定在所述接合方向(M)上所述第二阀构件作用于另一个阀座(123)的碰撞作用和/或所述复位预紧件限定与所述接合方向相反的所述第二阀构件作用于其它的另一个阀座(113)的碰撞作用。

17.一种用于过程技术设施的现场设备，所述现场设备包括：气动调节阀驱动装置；和根据前述权利要求中任一项所述的气动电磁阀(1)，其中，第一空气通道(11)是用于与气压源相连的进空气通道，并且第二空气通道(21)是用于与气压降区相连的排空气通道，其中，所述第一控制空气通道(51)与所述调节阀驱动装置的控制空气腔相连。

18.根据权利要求17所述的现场设备，所述现场设备具有两作用的气动调节阀驱动装置和根据权利要求5至8和14至16中任一项所述的气动电磁阀(1)，其特征在于，所述第一控制空气通道(51)与所述调节阀驱动装置的第一控制空气腔相连，第二控制空气通道(151)与同所述第一控制空气腔相反作用的第二控制空气腔相连。

19.一种用于根据前述权利要求5至8中任一项所述的气动电磁阀(1)的故障诊断方法，所述故障诊断方法包括故障诊断例程，其中，电磁执行器(3)借助用于操作第一阀构件(53)的衔铁(33)被激活；其中，作为第一参考时刻(t1)，检测所述第一阀构件(53)撞到第二阀座(23)；其中作为第二参考时刻(t2)，检测所述衔铁(33)撞到止挡；其中，确定所述第一参考时刻(t1)与所述第二参考时刻(t2)之间的碰撞时间差(dt)。

20.根据权利要求19所述的故障诊断方法，其中，所述故障诊断例程包括，作为第四参考时刻(t4)，检测第二阀构件(153)撞到另一个阀座(123)。

21.根据权利要求20所述的故障诊断方法，其中，为了激活所述电磁执行器(3)，电流流过所述执行器(3)的线圈(31)，并且其中，基于流过线圈(31)的电流的局部最小值(I)检测所述第一参考时刻(t1)和/或所述第二参考时刻(t2)以及所述第四参考时刻(t4)。

22.根据权利要求20所述的故障诊断方法，其中，作为第三参考时刻(t3)，检测所述第一阀构件(53)脱离第二阀座(23)。

23.根据权利要求19所述的故障诊断方法，其中，依次执行多个故障诊断例程，并且其中，所述故障诊断例程的所述碰撞时间差(dt,dt’)被予以考虑。

24.根据权利要求19所述的故障诊断方法，其中，当至少一个故障诊断例程的所述碰撞时间差(dt,dt’)接近零或等于零时，作为故障诊断结果生成磨损状态警报。

25.根据权利要求19所述的故障诊断方法，其中，当在至少一个故障诊断例程期间的两个参考时刻之间的第二时间差超出极限值时，作为故障诊断结果生成功能故障警报。

26.根据权利要求19所述的故障诊断方法，其中，其中作为第二参考时刻(t2)，检测所述衔铁(33)撞到在电磁执行器(3)的位置固定的芯(35)上的止挡。

27.根据权利要求26所述的故障诊断方法，其中，作为第二参考时刻(t2)，检测所述衔铁(33)撞到非磁性抗吸持体。

28.根据权利要求27所述的故障诊断方法，其中，作为第二参考时刻(t2)，检测所述衔铁(33)撞到抗吸持涂层或抗吸持盘(74)。

29.根据权利要求20所述的故障诊断方法，其中，确定在所述第四参考时刻(t4)与所述第一参考时刻(t1)和/或所述第二参考时刻(t2)之间的至少另一个碰撞时间差(dt’)。

30.根据权利要求22所述的故障诊断方法，其中，作为第五参考时刻(t5)，检测所述第二阀构件(153)脱离其它的另一个阀座(113)。