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Hintergrund
der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Elektromagnetventilsteuerung
und insbesondere auf eine Elektromagnetventilsteuerung zur Betätigung eines
Elektromagnetventils (solenoidbetätigtes Ventil) in einem Nenn-
oder Nominalmodus und einem Energiesparmodus.
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Eine
Elektromagnetventilsteuerung ist beispielsweise in der japanischen
Gebrauchsmusterveröffentlichung
Nr. 5-47334 beschrieben.
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Die
beschriebene Elektromagnetventilsteuerung umfasst eine Gleichstromzufuhr,
einen Schalter, eine Betätigungsspule
eines Elektromagnetventils und einen Arbeitstransistor, die in Reihe
miteinander geschaltet sind. Die Elektromagnetventilsteuerung umfasst
auch einen Steuertransistor zur Steuerung des Arbeitstransistors,
der parallel zu dem Arbeitstransistor angeschlossen ist.
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Die
elektrische Energiemenge, die der Betätigungsspule des Elektromagnetventils
zugeführt wird,
wird digital gesteuert, um Nachteile eines transistorgesteuerten
Systems zu vermeiden, insbesondere um Nachteile wie Temperaturempfindlichkeit oder
dergleichen zu vermeiden, und um die Nutzbarkeit der Elektromagnetventilsteuerung
zu erweitern.
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Die
herkömmliche
Elektromagnetventilsteuerung weist außerdem einen Spannungsteilerwiderstand
auf, der an die Betätigungsspule
angeschlossen ist, um die von dem Elektromagnetventil verbrauchte
Energie zu verringern.
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Der
Spannungsteilerwiderstand der herkömmlichen Elektromagnetventilsteuerung
muss aber einen Widerstandswert aufweisen, der von dem durch die
Betä tigungsspule
geforderten elektrischen Strom abhängt. Da es zur Klassifizierung
des Spannungsteilerwiderstands notwendig ist, die dadurch erzeugte
Wärme sowie
andere Faktoren zu berücksichtigen,
wird der Spannungsteilerwiderstand üblicherweise groß bemessen.
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Außerdem haben
es die in jüngerer
Zeit erfolgten Versuche zur Verkleinerung von Elektromagnetventilen
schwierig gemacht, einen Spannungsteilerwiderstand an der Betätigungsspule
des Elektromagnetventils anzubringen.
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Zusammenfassung
der Erfindung
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Es
ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Elektromagnetventilsteuerung
vorzuschlagen, mit der der Raum zur Anbringung des Elektromagnetventils
und die Kosten des Elektromagnetventils verringert werden können.
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Diese
Aufgabe wird mit der Erfindung im Wesentlichen durch die Merkmale
des Anspruchs 1 gelöst.
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Vorteilhafte
Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
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Gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform der
Erfindung betätigt
eine Elektromagnetventilsteuerung ein Elektromagnetventil während eines
ersten Zeitraums ab einem Zeitpunkt, zu dem ein Betätigungsbefehlssignal
auf das Elektromagnetventil aufgebracht wird, durch Erregen einer
Betätigungsspule des
Elektromagnetventils in einem Nennmodus bei einer Nennspannung,
die hoch genug ist, um ein bewegliches Element in der Betätigungsspule
zu bewegen. In einem Energiesparmodus während eines zweiten Zeitraums
nach dem ersten Zeitraum wird die Betätigungsspule in Wiederholungszyklen
mit einer kleineren relativen Einschaltdauer (Leistungsverhältnis) erregt
als in dem Nennmodus, wobei die Elektromagnetventilsteuerung eine
Timerschaltung zur Einstellung des ersten Zeitraums, eine Oszillatorschaltung
zur Erregung der Betätigungsspule
in dem Energiesparmodus während
des zweiten Zeitraums und eine Steuerschaltung zum Stoppen eines
Oszillationsvorgangs der Oszillatorschaltung während des ersten Zeitraums
auf der Basis eines Ausgangssignals von der Timerschaltung und zur
Erregung der Betätigungsspule
in dem Nennmodus aufweist.
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Die
Timerschaltung, die Oszillatorschaltung und die Steuerschaltung
können
als preiswerte Gate-ICs und -Transistoren umgesetzt werden. Dadurch
können
sowohl der für
das Elektromagnetventil erforderliche Montageraum als auch die Kosten
reduziert werden.
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Die
Elektromagnetventilsteuerung umfasst vorzugsweise außerdem eine
Schaltvorrichtung zur Erregung der Betätigungsspule. Die Oszillatorschaltung
gibt während
des zweiten Zeitraums in dem Stromsparmodus intermittierende Pulse
für die
Erregung der Betätigungsspule
an die Schaltvorrichtung. Die Steuerschaltung steuert die Ausgabe
eines Pulses für
die Erregung der Betätigungsspule
an die Schaltvorrichtung während
des ersten Zeitraums in dem Nennmodus.
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Die
Timerschaltung umfasst einen Ladeschaltkreis mit wenigstens einem
Kondensator zum Laden ab einem Zeitpunkt, ab dem das Betätigungsbefehlssignal
auf das Elektromagnetventil aufgegeben wird, und einen ersten Vergleichsschaltkreis
für die
Versorgung des Steuerschaltkreises mit einem Signal zum Anhalten
der Oszillationsoperation der Oszillatorschaltung bis eine geladene
Spannung in dem Ladeschaltkreis eine festgelegte Spannung, die während des
ersten Zeitraums durch den Ladeschaltkreis geladen wird, erreicht.
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Die
Timerschaltung kann außerdem
eine Entladungsdiode aufweisen, um hierdurch elektrische Ladung,
die in dem Kondensator gespeichert ist, zu einer Zeit abzuführen, wenn
das Aufbringen des Betätigungsbefehlssignals
auf das Elektromagnetventil angehalten wird. Abhängig von den Spezifikationen
der Betätigungssteuerung
wird der erste Zeitraum für
einen längeren
Zeitraum eingestellt, so dass der Kondensator eine größere Kapazität aufweisen
muss. Sofern sich der Kondensator selbst entladen muss, würde es lange
Zeit dauern, bis der Kondensator vollständig entladen ist. Daher ist
es notwendig, einen langen Zeitraum ab der Beendigung des Betätigungsbefehlssignals
zur Initiierung des nächsten
Betätigungsbefehlssignals
vorzusehen, was die Betriebsgeschwindigkeit des Elektromagnetventils
begrenzt.
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Die
Entladungsdiode erlaubt dagegen die Entladung der in dem Kondensator
gespeicherten elektrischen Ladung innerhalb eines kurzen Zeitraums.
Auch wenn der Kondensator eine große Kapazität hat, kann er daher schnell
zurückgesetzt
werden (reset).
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Die
erste Vergleichsschaltung kann eine mit einem Eingangsanschluss
verbundene Diode aufweisen, um elektrische Ladung, die in dem Kondensator
gespeichert ist, ab dem Zeitpunkt abzuführen, wenn das Aufbringen des
Betätigungsbefehlssignals auf
das Elektromagnetventil angehalten wird. Da die in dem Kondensator
gespeicherte elektrische Ladung in kurzer Zeit abgeführt wird,
kann der Kondensator schnell zurückgesetzt
werden, auch wenn er eine große
Kapazität
hat. Da die in dem ersten Vergleicher enthaltene Diode auch als
Entladungsdiode dienen kann, kann die Schaltungsanordnung der Betätigungssteuerung
einfacher und preiswerter gemacht werden.
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Die
Oszillatorschaltung kann eine zweite Vergleichsschaltung mit Schmitt-Trigger, einen mit
einem Eingangsanschluss der zweiten Vergleichsschaltung verbundenen
Kondensator, einen mit dem Eingangsanschluss und einem Aus gangsanschluss der
zweiten Vergleichsschaltung verbundenen ersten Entladungswiderstand
und eine in Reihe angeschlossene Schaltung mit einem zweiten Ladewiderstand und
einer Diode aufweisen, wobei die in Reihe angeschlossene Schaltung
zwischen dem Eingangsanschluss und dem Ausgangsanschluss der zweiten Vergleichsschaltung
angeschlossen ist.
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Hat
die Eingangsspannung der zweiten Vergleichsschaltung ein niedriges
Niveau und hat die Ausgangsspannung ein hohes Niveau, so fließt ein elektrischer
Strom von dem Ausgangsanschluss der zweiten Vergleichsschaltung
durch die in Reihe angeschlossene Schaltung zu dem Kondensator,
wodurch der Kondensator geladen wird. Der Kondensator wird entsprechend
der Zeitkonstante CR des zweiten Widerstands und des Kondensators
geladen. Die über
den Kondensator geladene Spannung erscheint als Eingangsspannung
der zweiten Vergleichsschaltung. Wenn die Eingangsspannung der zweiten
Vergleichsschaltung einen ersten Schwellenwert überschreitet, so fällt die
Ausgangsspannung der zweiten Vergleichsschaltung auf das niedrige
Niveau. Anschließend
wird die in dem Kondensator gespeicherte elektrische Ladung durch
den ersten Widerstand, den Ausgangsanschluss der zweiten Vergleichsschaltung
und eine Niederniveaustromzufuhr der zweiten Vergleichsschaltung
abgeführt,
wodurch die über
den Kondensator geladene Spannung, d.h. die Eingangsspannung der
zweiten Vergleichsschaltung abgesenkt wird. Wenn die Eingangsspannung der
zweiten Vergleichsschaltung unter einen zweiten Schwellenwert abfällt, so
steigt die Ausgangsspannung der zweiten Vergleichsschaltung auf
das hohe Niveau. Die oben beschriebene Vorgangssequenz wird wiederholt,
um die Betätigungsspule
in dem Energiesparmodus zu erregen.
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Die
Zeitkonstante zum Laden des Kondensators, oder mit anderen Worten
die Zeitkonstante CR des zweiten Widerstands und des Kondensators, und
die Zeitkonstante zum Entladen des Kondensators, oder in anderen
Worten die Zeitkonstante des ersten Widerstands und des Kondensators,
können sich voneinander
unterscheiden. Die Zeit, zu der die Betätigungsspule während des
zweiten Zeitraums mit einem kleineren Leistungsverhältnis als
in dem Nennmodus erregt wird, kann beliebig auf jede gewünschte Periode
eingestellt werden. Dementsprechend kann die Elektromagnetventilbetätigungssteuerung,
die die Betätigungsspule
in dem Stromsparmodus wie gewünscht
erregt, preiswert aufgebaut sein.
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Daher
erfüllt
die Elektromagnetventilbestätigungssteuerung
gemäß der vorliegenden
Erfindung die Anforderungen an die Verringerung des Montageraumes
für das
Elektromagnetventil und an die Kostenreduzierung des Elektromagnetventils.
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Weiterbildungen,
Vorteile und Anwendungsmöglichkeiten
ergeben sich auch aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels und
der Zeichnung. Dabei bilden alle beschriebenen und/oder bildlich
dargestellten Merkmale für
sich oder in beliebiger Kombination den Gegenstand der Erfindung,
unabhängig
von ihrer Zusammenfassung in den Ansprüchen oder deren Rückbeziehung.
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Kurze Beschreibung
der Zeichnungen
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1 ist
ein Längsschnitt
durch ein Elektromagnetventil mit einer Steuerung gemäß einer
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung,
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2 ist
ein Schaltdiagramm der Elektromagnetventilsteuerung gemäß der Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung und
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3 ist
ein Diagramm, das Signalwellenformen zeigt, die während des
Betriebs der Elektromagnetventilsteuerung gemäß der vorliegenden Erfindung
erzeugt werden.
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Beschreibung
der bevorzugten Ausführungsform
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Eine
Elektromagnetventilbetätigungssteuerung
(nachfolgend kurz als "Betätigungssteuerung" bezeichnet) gemäß einer
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung wird nachfolgend mit Bezug auf die 1 bis 3 erläutert.
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Bevor
die Betätigungssteuerung,
die in den 1 und 2 allgemein
mit 10 bezeichnet ist, im Einzelnen erläutert wird, wird ein Elektromagnetventil 12,
welches die Betätigungssteuerung 10 aufweist, mit
Bezug auf 1 beschrieben.
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Das
Elektromagnetventil 12 umfasst einen Ventilkörper 20 mit
einem Druckfluideinlassanschluss 14, einem Druckfluidauslassanschluss 16 und
einem Luftablassanschluss 18. Der Ventilkörper 20 nimmt
einen festen Eisenkern 22, ein bewegliches Element 26,
das normalerweise durch die Rückstellkraft
einer Feder 24 so vorgespannt wird, dass es sich von dem
festen Eisenkern 22 weg bewegt, eine Betätigungsspule 28,
die um den festen Eisenkern 22 und das bewegliche Element 26 angeordnet
ist, und einen Ventilstopfen 30 auf, der von einem Ventilsitz abgehoben
werden kann, wenn das bewegliche Element 26 bei Erregung
der Betätigungsspule 28 durch den
festen Eisenkern 22 magnetisch angezogen wird. Eine Schaltplatine 34,
auf welcher die Betätigungssteuerung 10 vorgesehen
ist, ist zwischen einer Kappe 32 und dem Ventilkörper 20 angeordnet.
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Wie
in 2 dargestellt ist, umfasst die Betätigungssteuerung 10 einen
Stromzufuhranschluss 40, einen Steuereingangsanschluss 42,
eine Timerschaltung 44, eine Oszillatorschaltung 46 und
eine Steuerschaltung 48.
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Der
Stromzufuhranschluss 40 ist mit dem Steuereingangsanschluss 42 durch
eine in Reihe angeschlossene Schaltung verbunden, welche durch eine
erste Diode 50, die einen Rückwärtsstromfluss verhindert, die
Betätigungsspule 28 des
Elektromagnetventils 12 (vgl. 1) und einen
ersten Transistor 52, beispielsweise einen n-Kanal MOS-Transistor, der
die Betätigungsspule 28 wahlweise
einschaltet und abschaltet, gebildet wird. Eine Nominal- oder Nennspannung
der Betätigungsspule 28 des
Elektromagnetventiles 12 (beispielsweise eine Stromzufuhrspannung
+ V von 24 V Gleichstrom) wird auf den Stromzufuhranschluss 40 aufgegeben.
Ein niedriges Potential, beispielsweise ein Erdungspotential Vss, wird
als ein Betätigungsbefehlssignal
Sa während
einer Betätigungsbefehlsperiode
Td auf den Steuereingangsanschluss 42 aufgegeben (vgl. 3).
In anderen Zeiträumen
als der Betätigungsbefehlsperiode Td
wird ein höheres
Potential Vdd, beispielsweise ein Potential, das gleich oder größer ist
als das auf den Gate-Anschluss des ersten Transistors 52 aufgebrachte
Potential auf den Steuereingangsanschluss 42 aufgebracht.
Eine zweite Diode 54 ist als Überspannungsschutz parallel
zu der Betätigungsspule 28 geschaltet.
Die zweite Diode 54 dient der Abfuhr von elektromagnetischer
Energie, die in der Betätigungsspule 28 gespeichert
ist, wenn der erste Transistor 52 abgeschaltet wird.
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Die
Timerschaltung 44 umfasst eine Ladeschaltung 56 und
eine erste Vergleichsschaltung 58. Die Ladeschaltung 56 dient
der Ladung von elektrischer Energie ab einem Startzeitpunkt t0 (vgl. 3) der
Betätigungsbefehlsperiode
Td. Die erste Vergleichsschaltung 58 liefert ein Signal
an die Steuerschaltung 48, um eine Oszillationsoperation
der Oszillatorschaltung 46 anzuhalten bis eine geladene Spannung
V2 der Ladeschaltung 56 einen festgelegten Spannungswert
erreicht. Der festgelegte Spannungswert entspricht einer Spannung,
auf die die Ladeschaltung 56 während eines ersten Zeitraums
T1 aufgeladen wird (vgl. 3).
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Wie
in 2 gezeigt ist, umfasst die Ladeschaltung 56 eine
in Reihe angeschlossene Schaltung, die aus einem ersten Widerstand 60 und
einem ersten Kondensator 62 besteht. Die erste Vergleichsschaltung 58 umfasst
einen ersten Schmitt-Trigger-Vergleicher 64 mit einem an
die Verbindung zwischen dem ersten Widerstand 60 und dem
ersten Kondensator 62 angeschlossenen Eingangsanschluss.
Auch wenn in 2 der erste Schmitt-Trigger-Vergleicher 64 als
erste Vergleichsschaltung 58 verwendet wird, kann die erste
Vergleichsschaltung 58 alternativ auch einen normalen Vergleicher
aufweisen, welcher die Eingangsspannung mit einer einzelnen Schwellenspannung
vergleicht.
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In 2 umfasst
die Steuerschaltung 48 einen zweiten Transistor 66,
beispielsweise einen NPN-Transistor. Der zweite Transistor 66 hat
eine mit dem Ausgangsanschluss des ersten Vergleichers 64 der
Timerschaltung 44 verbundene Basis und einen mit dem Steuereingangsanschluss 42 verbundenen Emitter.
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Die
Oszillatorschaltung 46 umfasst einen zweiten Schmitt-Trigger-Vergleicher 68,
einen zweiten Kondensator, der zwischen dem Eingangsanschluss des
zweiten Vergleichers 68 und dem Steuereingangsanschluss 42 angeschlossen
ist, einen zweiten Widerstand 72 zum Abführen elektrischer Energie,
der zwischen dem Eingangsanschluss und dem Ausgangsanschluss des
zweiten Vergleichers 68 angeschlossen ist, und eine in
Reihe angeschlossene Schaltung, die zwischen den Eingangs- und Ausgangsanschlüssen des
zweiten Vergleichers 68 angeschlossen ist und einen dritten
Widerstand 74 zur Ladung von elektrischer Energie sowie
eine dritte Diode 76, die parallel zu dem zweiten Widerstand 72 angeschlossen
ist, aufweist. Der Eingangsanschluss des zweiten Vergleichers 68 ist
mit dem Kollektor des zweiten Transistors 66 der Steuerschaltung 48 verbunden.
Der Ausgangsanschluss des zweiten Vergleichers 68 ist an
das Gate des ersten Transistors 52 angeschlossen.
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Die
Betätigungssteuerung 10 umfasst
außerdem
eine Zenerdiode 78, die zwischen der Kathode der ersten
Diode 50 und dem ersten Widerstand 60 angeschlossen
ist. Eine Anode der Zenerdiode 78 ist mit dem positiven
Stromzufuhranschluss des ersten Vergleichers 64 der Timerschaltung 44 und
dem positiven Stromzufuhranschluss des zweiten Vergleichers 68 der
Oszillatorschaltung 46 verbunden, so dass die positive
Stromzufuhrspannung des ersten Vergleichers 64, die positive
Stromzufuhrspannung des zweiten Vergleichers 68 und die
Spannung an der Verbindung zwischen dem ersten Widerstand 60 und
der Zenerdiode 78 jeweils auf die Konstantspannung Vdd
eingestellt werden. Die konstante Spannung Vdd kann eine Spannung
(3 bis 5V) sein, die in Logikschaltungen verwendet wird. Der negative Stromzufuhranschluss
des ersten Vergleichers 64 und der negative Stromzufuhranschluss
des zweiten Vergleichers 68 sind beide an den Steuerzufuhranschluss 42 angeschlossen.
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Die
Betätigungssteuerung 10 hat
außerdem eine
vierte Diode 80, die parallel zu dem ersten Widerstand 60 angeschlossen
ist. Eine Anode der vierten Diode 80 ist an die Verbindung
zwischen dem ersten Widerstand 60 und dem ersten Kondensator 62 angeschlossen.
Eine Kathode der vierten Diode 80 ist an die Verbindung
zwischen dem ersten Widerstand 60 und der Zenerdiode 78 angeschlossen.
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Nachfolgend
wird die Betriebsweise der so aufgebauten Betätigungssteuerung 10 mit
Bezug auf die Signalwellenformen gemäß 3 erläutert.
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Wie
in 3 gezeigt ist, erregt die Betätigungssteuerung 10 die
Betätigungsspule 28 in
einem Nennmodus während
des ersten Zeitraums T1 in der Betätigungsbefehlsperiode Td und
erregt die Betätigungsspule 28 in
einem Energiesparmodus während eines
verbleibenden zweiten Zeitraums T2 in der Betätigungsbefehlsperiode Td.
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Anfangs
ist das Potential V1 an dem Steuereingangsanschluss ein hohes Potential,
beispielsweise Vdd, die Ausgangsspannung V3 des ersten Vergleichers 64 ist
auf einem hohen Niveau, beispielsweise Vdd, und die Ausgangsspannung
V5 des zweiten Vergleichers 68 ist auf einem hohen Niveau, beispielsweise Vdd.
Daher wird die Gate-to-Source-Spannung des ersten Transistors 52 gleich
0 V, so dass der erste Transistor 52 ausgeschaltet bleibt.
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Wenn
das Potential V1 an dem Steuereingangsanschluss 42 auf
ein niedriges Potential, beispielsweise das Erdungspotential Vss
abfällt,
wird zu der Zeit t0 die Betätigungsbefehlperiode
Td ausgelöst.
Das in dem Betätigungsbefehlssignal
Td auf den Steuereingangsanschluss 42 aufgebrachte Niederpotentialsignal
wird als Betätigungsbefehlssignal
Sa bezeichnet.
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Wenn
die Betätigungsbefehlsperiode
Td beginnt, beginnt die Aufladung des ersten Kondensators 62.
Die geladene Spannung V2 über
den ersten Kondensator 62 steigt allmählich entsprechend der Zeitkonstante
CR des ersten Widerstands 60 und des ersten Kondensators 62 an.
Da die Ausgangsspannung V3 des ersten Vergleichers 64 und
die Ausgangsspannung V5 des zweiten Vergleichers 68 auf dem
hohen Niveau Vdd gehalten werden, wird die Gate-to-Source-Spannung des ersten
Transistors 52 zu dem Startzeitpunkt t0 des Betätigungsbefehlssignals
Td positiv, wodurch der erste Transistor 52 eingeschaltet
wird, um die Betätigungsspule 28 zu
erregen.
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Wenn
anschließend
die geladene Spannung V2 über
den ersten Kondensator 62 eine erste Schwellenspannung
Vth1 überschreitet,
fällt zu
dem Zeitpunkt t1 die Ausgangsspannung V3 des ersten Vergleichers 64 auf
das niedrige Niveau Vss, wodurch der zweite Transistor 66 abgeschaltet
wird.
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Da
zu der Zeit t1 die Eingangsspannung V4 des zweiten Vergleichers 68 auf
dem niedrigen Niveau Vss und seine Ausgangsspannung V5 auf dem hohen
Niveau Vdd ist, fließt
ein elektrischer Strom von dem Ausgangsanschluss des zweiten Vergleichers 68 durch
den dritten Widerstand 74 und die dritte Diode 76 zu
dem zweiten Kondensator 70, wodurch der zweite Kondensator 70 aufgeladen
wird.
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Zu
dieser Zeit wird der zweite Kondensator 70 entsprechend
der Zeitkonstante CR des dritten Widerstands 74 und des
zweiten Kondensators 70 aufgeladen. Die über den
zweiten Kondensator 70 geladene Spannung erscheint als
Eingangsspannung V4 des zweiten Vergleichers 68. Wenn die
Eingangsspannung V4 des zweiten Vergleichers 68 einen ersten
Schwellenwert Vth11 überschreitet,
so fällt
zu der Zeit t2 die Ausgangsspannung V5 des zweiten Vergleichers 68 auf
das niedrige Niveau Vss. Die Gate-to-Source-Spannung des ersten
Transistors 52 wird 0 V, wodurch der erste Transistor 52 abgeschaltet
wird.
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Die
erste Periode T1 erstreckt sich von der Zeit t0 zu der Zeit t2.
Bei der vorliegenden Ausführungsform
werden der erste Widerstand 60, der erste Kondensator 62 und
die erste Schwellenspannung Vth1 des ersten Vergleichers 64 auf
solche Werte eingestellt, dass die erste Periode T1 beispielsweise 10
ms beträgt.
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Während der
ersten Periode T1 wird die Oszillationsoperation der Oszillatorschaltung 46 angehalten,
und sowohl die Ausgangsspannung V3 des ersten Vergleichers 64 als
auch die Ausgangsspannung V5 des zweiten Vergleichers 68 werden
auf dem hohen Niveau Vdd gehalten.
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Während der
ersten Periode T1 bleibt daher der erste Transistor 52 eingeschaltet
und bringt die Nennspannung auf die Betätigungsspule 28 auf.
In dem Nennmodus wird die Betätigungsspule 28 mit
einer Nennspannung und einem Leistungsverhältnis von 100% erregt. Die
erste Periode T1 wird auf eine ausreichende Zeitdauer eingestellt,
um das bewegliche Element 26 (vgl. 1) durch
elektromagnetische Kräfte,
die durch die Betätigungsspule 28 erzeugt
werden, während
sie mit der Nennspannung erregt wird, innerhalb der Betätigungsspule 28 zu
bewegen. Daher wird eine elektrische Strommenge, die groß genug
ist, um das bewegliche Element 26 zu bewegen, während der
ersten Periode T1 der Betätigungsspule 28 zugeführt. Während der
ersten Periode T1 bewegt sich das bewegliche Element 26 innerhalb
der Betätigungsspule 28 zu
dem festen Eisenkern 22 und wird magnetisch zu dem festen
Eisenkern 22 angezogen.
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Zu
dem Zeitpunkt t2, wenn die erste Periode T1 abgeschlossen ist, fällt die
Ausgangsspannung V5 des zweiten Vergleichers 68 auf das
niedrige Niveau Vss. Die elektrische Ladung, die in dem zweiten Kondensator 70 gespeichert
ist, wird über
den zweiten Widerstand 72, den Ausgangsanschluss des zweiten
Vergleichers 68 und den negativen Stromzufuhranschluss
des zweiten Vergleichers 68 abgeführt. Daher fällt die
Ladespannung über
den zweiten Kondensator 70, d.h. die Eingangsspannung V4
des zweiten Vergleichers 68. Zu dieser Zeit wird der zweite
Kondensator 70 entsprechend der Zeitkonstante CR des zweiten
Widerstands 72 und des zweiten Kondensators 70 entladen.
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Wenn
die Eingangsspannung V4 des zweiten Vergleichers 68 unter
einen zweiten Schwellenwert Vth12 fällt, steigt die Ausgangsspannung
V5 des zweiten Vergleichers 68 auf das hohe Niveau Vdd, wodurch
der erste Transistor 52 wieder eingeschaltet wird.
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Wenn
die Ausgangsspannung V5 des zweiten Vergleichers 68 auf
das hohe Niveau Vdd ansteigt, wird der zweite Kondensator 70 geladen. Wenn
die Eingangsspannung V4 des zweiten Vergleichers 68 den
ersten Schwellenwert Vth11 übersteigt,
sinkt die Ausgangsspannung V5 des zweiten Vergleichers 68 auf
das niedrige Niveau Vss, wodurch der erste Transistor 52 wieder
abgeschaltet wird.
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Nachdem
die erste Periode T1 verstrichen ist und während einer Periode Toff, während der
der erste Transistor 52 ausgeschaltet ist, ist die Betätigungsspule 28 abgeschaltet
und elektromagnetische Energie, die in der Betätigungsspule 28 gespeichert
ist, wird durch die zweite Diode 54 verbraucht. Bei der vorliegenden
Ausführungsform
ist die Ausschaltperiode Toff auf einen kurzen Zeit raum eingestellt,
beispielsweise 60 μs.
Daher wird das bewegliche Element 26 weiter zu dem festen
Eisenkern 22 angezogen oder nur leicht von dem festen Eisenkern 22 beabstandet.
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Nachdem
die erste Periode T1 verstrichen ist und während einer Periode Ton, während der
der erste Transistor 52 eingeschaltet ist, wird die Betätigungsspule 28 wieder
eingeschaltet, woraufhin das bewegliche Element 26 weiterhin
zu dem festen Eisenkern 22 angezogen wird, lediglich leicht
von dem festen Eisenkern 22 beabstandet wird oder erneut
zu dem festen Eisenkern 22 angezogen wird, nachdem die
Beabstandung von dem festen Eisenkern 22 begonnen hat.
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Die
obige Operationssequenz zwischen der Abschaltperiode Toff und der
Einschaltperiode Ton wird wiederholt, bis der Betätigungsbefehlszeitraum Td
beendet ist, so dass die Betätigungsspule 28 in dem
Stromsparmodus eingeschaltet wird. Der Zeitraum von der Zeit t2,
wenn die erste Periode T1 endet, zu der Zeit t3, wenn die Betätigungsbefehlsperiode
Td endet, wird als zweite Periode T2 bezeichnet. Die Betätigungsspule 28 wird
während
der zweiten Periode T2 in dem Stromsparmodus erregt. Die zweite
Periode T2 kann auf jede beliebige Länge eingestellt werden, abhängig von
der Periode, während welcher
eine durch das Elektromagnetventil 12 zu steuernde Fluiddruckvorrichtung
betätigt
wird.
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Wenn
das Potential V1 an dem Steuereingangsanschluss 42 das
hohe Potential Vdd annimmt, wird die Betätigungsbefehlsperiode Td beendet.
Zu diesem Zeitpunkt wird die elektrische Ladung, die während der
Betätigungsbefehlsperiode
Td in dem ersten Kondensator 62 gespeichert wurde, durch
die vierte Diode 80 und die positiven und negativen Stromzufuhranschlüsse des
ersten Vergleichers 64 abgeführt, wodurch der erste Kondensator 62 zurückgesetzt
wird. Anschliessend kehrt zu einem Zeitpunkt t4, wenn die Spannung
V2, d.h. die über
den ersten Kondensator 62 geladene Spannung, unter einen
zweiten Schwellenwert Vth2 des ersten Vergleichers 64 fällt, die
Ausgangsspannung V3 des ersten Vergleichers 64 wieder zu
dem hohen Niveau Vdd zurück,
woraufhin die Betätigungssteuerung 10 zu
ihrem Ursprungszustand zurückkehrt.
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Wie
oben beschrieben wurde, umfasst die Betätigungssteuerung 10 die
Timerschaltung 44 zum Einstellen der ersten Periode T1,
die Oszillatorschaltung 46 zur Erregung der Betätigungsspule 28 in
dem Stromsparmodus während
der zweiten Periode T2 und die Steuerschaltung 48, die
den Oszillationsvorgang der Oszillatorschaltung 46 während der
ersten Periode T1 auf der Basis des Ausgangssignals der Timerschaltung 44 stoppt,
wodurch die Betätigungsspule 28 in
den Nennmodus erregt wird. Die Timerschaltung 44, die Oszillatorschaltung 46 und
die Steuerschaltung 48 können mit Hilfe von preiswerten Gate-ICs
und Transistoren realisiert werden. Daher können der für das Elektromagnetventil 12 erforderliche
Montageraum und die Kosten des Elektromagnetventils 12 reduziert
werden.
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Insbesondere
umfasst die Timerschaltung 44 die vierte Diode 80,
die als Entladungsdiode dient. Zu der Zeit t3, wenn die Betätigungsbefehlsperiode
Td beendet ist, wird die elektrische Ladung, die während der
Betätigungsbefehlsperiode
Td in dem ersten Kondensator 62 gespeichert wird, durch
die Entladungsdiode 80 abgeführt, wodurch der erste Kondensator 62 zurückgesetzt
werden kann.
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Aufgrund
der Spezifikationen der Betätigungssteuerung 10 wird
die erste Periode T1 auf einen längeren
Zeitraum eingestellt, so dass der erste Kondensator 62 eine
größere Kapazität aufweisen muss.
Würde sich
der erste Kondensator 62 selbsttätig entladen, wäre ein längerer Zeitraum
erforderlich, bis der erste Kondensator 62 vollständig entladen wäre. Daher
ist es notwendig, den Zeitraum von dem Zeitpunkt t3, an dem die
Betätigungsbefehlsperiode Td
endet, bis zu dem Zeitpunkt t0, an dem die nächste Betätigungsbefehlsperiode Td beginnt, auf
einen längeren
Zeitraum einzustellen, wodurch die Betriebsgeschwindigkeit des Elektromagnetventils 12 begrenzt
werden kann.
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Die
der Timerschaltung 44 zugefügte Entladungsdiode 80 erlaubt
aber die Abfuhr der in dem ersten Kondensator 62 gespeicherten
elektrischen Ladung innerhalb kurzer Zeit. Daher kann der erste Kondensator 62 schnell
zurückgesetzt
werden, auch wenn er eine hohe Kapazität hat.
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Bei
der obigen Ausführungsform
ist die vierte Diode 80 parallel zu dem ersten Widerstand 60, über welchen
der erste Kondensator 62 entladen wird, angeschlossen.
Alternativ kann der erste Kondensator 62 durch eine Diode
entladen werden, die in dem ersten Vergleicher 64 enthalten
ist und mit dem Eingangsanschluss des ersten Vergleichers 64 verbunden
ist.
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Da
die in dem ersten Vergleicher 64 enthaltene Diode gleichzeitig
auch als Entladungsdiode dienen kann, kann die Schaltungsanordnung
der Betätigungssteuerung
vereinfacht und preiswerter gemacht werden.