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Die Erfindung betrifft ein steuerbares Ventil für ein schwer entflammbares Fluid innerhalb eines Luftfahrzeugs und ein Verfahren zum Steuern eines Massestromes eines schwer entflammbaren Fluids.
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Bei einem Ventil, insbesondere einem Magnetventil, handelt es sich um ein technisches Bauteil mit dem ein Massestrom eines Gases oder einer Flüssigkeit gesteuert oder geregelt wird. Ein Magnetventil enthält einen Elektromagneten, der durch Ein- oder Ausschalten eines Schalters aktivierbar ist.
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In einem Luftfahrzeug ist eine Vielzahl hydraulischer Leitungen von einem oder mehreren Hydraulikkreisläufen vorhanden. Über derartige hydraulische Leitungen lassen sich beispielsweise Steuerflächen, insbesondere Flugplatten, betätigen. In den hydraulischen Leitungen wird ein Hydraulikfluid transportiert, wobei der Fluss des Hydraulikfluids mittels Ventilen gesteuert bzw. geregelt wird.
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Neben den Hydraulikkreisläufen sind in einem Luftfahrzeug auch Wasserkreisläufe vorgesehen, um beispielsweise die Passagiere, insbesondere die Passagiertoiletten mit Wasser zu versorgen. Auch diese Wasserkreisläufe werden mittels Schaltventilen gesteuert bzw. geregelt.
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Neben diesen schwer entflammbaren Fluiden, das heißt Hydrauliköl und Wasser, führt ein Luftfahrzeug, insbesondere ein Flugzeug, eine große Menge von leicht entflammbarem Treibstoff, insbesondere Kerosin, mit sich, um die Triebwerke zu betreiben und genügend Schubkraft zu generieren. Ein Großteil dieses leicht entflammbaren Treibstoffes befindet sich im Mittelbereich des Flugzeugrumpfes und insbesondere auch in den Tragflügeln eines Flugzeuges. Zur Betätigung von Steuerflächen verlaufen insbesondere Hydraulikleitungen daher in örtlicher Nähe zu Treibstofftanks und Treibstoffleitungen.
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Herkömmliche in Flugzeugen eingesetzte Magnetventile schalten mittels mindestens einer Magnetspule ein Ankerelement von einer ersten Schaltposition in eine zweite Schaltposition. Nachdem Umschalten wird das Ankerelement üblicherweise mittels eines Federmechanismus oder in sonstiger Weise mechanisch gehalten. Alternativ wird das Ankerelement nach Abschaltung der Erregung der Magnetspule federbelastet wieder in die Ausgangsposition bzw. Ausgangsstellung zurück bewegt.
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Diese herkömmlichen Magnetventile haben jedoch den Nachteil, dass sie aufgrund der für die mechanische Verriegelung notwendigen Bauteile und wegen diesem mechanischen Verschleiß relativ fehleranfällig sind bzw. eine geringe Zuverlässigkeit aufweisen. Darüber hinaus setzen die eingesetzten mechanischen Bauteile für die mechanische Verriegelung einer Miniaturisierung des Magnetventils enge Grenzen.
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Die Druckschrift
DE 199 58 888 A1 offenbart eine Magnetvorrichtung mit wechselbarem Magnetkreis und mit zwei Befestigungsstellen, welche bei elektromagnetischen Ventilen, Solenoiden und Relais verwendbar ist. An den zwei Befestigungsstellen wird jeweils eine magnetische Haltekraft erzeugt, so dass die Position des Eisenkerns ohne kontinuierlichen Stromdurchfluss veränderbar ist.
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Die Druckschrift
DE 34 01 598 A1 offenbart ein lineares Stellglied mit Hybrid-Aufbau mit einem Rahmen aus einem ferromagnetischen Material, einer in dem Rahmen angebrachten elektrischen Spule, einem in dem Rahmen befestigten Magneten und einen Anker aus einem ferromagnetischen Material, der in dem Magnetfeld der Spule und des Magneten axial beweglich ist.
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Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein steuerbares Ventil für ein Fluid innerhalb eines Luftfahrzeugs zu schaffen, welches sich durch hohe Zuverlässigkeit und eine lange Lebensdauer auszeichnet und gleichzeitig die Gefahr zur Entzündung eines Treibstoffs des Luftfahrzeugs minimiert.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein steuerbares Ventil mit den im Patentanspruch 1 angegebenen Merkmalen gelöst.
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Die Erfindung schafft ein steuerbares Ventil, das einen Massestrom eines Fluids innerhalb eines Luftfahrzeugs steuert, mit einer einzigen Magnetspule, die bei kurzzeitiger elektrischer Erregung ein darin vorgesehenes Bauelement von einer ersten Position in eine zweite Position bewegt, in der das Bauelement nach Beendigung der elektrischen Erregung der Magnetspule durch ein Permanentmagnetpaar gehalten wird. Dabei ist das Bauelement zylinderförmig ausgebildet ist und bewegt sich linear in einem zylinderförmigen Gehäuse des steuerbaren Ventils. Das Bauelement hat zwei Stirnflächen, die ferromagnetisches Material aufweisen, welches mit einem entsprechenden ferromagnetischen Material des zylinderförmigen Gehäuses zusammenwirkt.
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Das erfindungsgemäße steuerbare Ventil eignet sich insbesondere zum Steuern und Regeln eines Hydraulikfluids innerhalb eines Hydraulikkreislaufes des Luftfahrzeuges oder eines anderen schwer entflammbaren Fluids, wie etwa Wasser innerhalb eines Wasserkreislaufes des Luftfahrzeuges.
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Nach Beendigung der kurzzeitigen elektrischen Erregung der in dem steuerbaren Ventil vorgesehenen Magnetspule wird das betätigte Bauelement, welches zum Öffnen oder Schließen des jeweiligen Kreislaufes vorgesehen ist, mittels eines oder mehrerer Permanentmagneten in der erreichten Position gehalten. Nach dem Schaltvorgang steht die Magnetspule somit nicht mehr unter Strom, so dass sich eventuell austretender Treibstoff innerhalb des Luftfahrzeuges nicht entzünden kann. Dadurch wird die Sicherheit gegenüber einer Entflammung eines ungewollt ausgetretenen Treibstoffes durch das erfindungsgemäße Ventil signifikant erhöht.
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Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen steuerbaren Ventils besteht darin, dass es keinen komplexen mechanischen Verriegelungsmechanismus, beispielsweise mit einer oder mehrerer Federn benötigt und somit keinen bzw. einen sehr geringen mechanischen Verschleiß aufweist. Daher ist die Lebens- bzw. Betriebsdauer des erfindungsgemäßen steuerbaren Ventils außerordentlich hoch.
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Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen steuerbaren Ventils für ein schwer entzündbares Fluid innerhalb eines Luftfahrzeugs besteht darin, dass es sich in einfacher Weise miniaturisieren lässt, insbesondere da kein aufwendiger mechanischer Verriegelungsmechanismus vorgesehen werden muss.
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Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen steuerbaren Ventils gemäß der Erfindung besteht darin, dass der Energieaufwand zum Betätigen des Bauelements und die damit verbundene Abwärme sehr gering ist. Weiterhin zeichnet sich das erfindungsgemäße steuerbare Ventil durch sehr geringe Schaltzeiten aus.
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Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen steuerbaren Ventils für ein schwer entflammbares Fluid innerhalb eines Luftfahrzeugs besteht darin, dass der Montageaufwand zur Montage des Ventils sehr gering ist, da kein komplexer mechanischer Verriegelungsmechanismus vorgesehen ist.
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Bei einer möglichen Ausführungsform des erfindungsgemäßen steuerbaren Ventils weist dieses zwei Permanentmagnetpaare auf, wobei ein erstes Permanentmagnetpaar das Bauelement vor der elektrischen Erregung der Magnetspule in der ersten Position hält und ein zweites Permanentmagnetpaar das Bauelement nach Beendigung der elektrischen Erregung der Magnetspule in der zweiten Position hält.
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Dabei ist vorzugsweise die durch die Magnetspule bei elektrischer Erregung auf das Bauelement ausgeübte Zugkraft größer als eine durch das erste Permanentmagnetpaar auf das Bauelement ausgeübte entgegengesetzte Haltekraft.
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Bei einem weiteren möglichen Beispiel des steuerbaren Ventil weist dieses steuerbare Ventil nicht nur eine, sondern zwei Magnetspulen auf, wobei eine erste Magnetspule bei elektrischer Erregung das Bauelement von der ersten Position entgegen einer Haltekraft des ersten Permanentmagneten in die zweite Position bewegt, in der das Bauelement nach Beendigung der elektrischen Erregung der ersten Magnetspule durch den zweiten Permanentmagneten gehalten wird und wobei eine zweite Magnetspule bei elektrischer Erregung das Bauelement von der zweiten Position entgegen einer Haltekraft des zweiten Permanentmagneten in die ersten Position bewegt, in der das Bauelement nach Beendigung der elektrischen Erregung der zweiten Magnetspule durch den ersten Permanentmagneten gehalten wird.
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Dieses Beispiel mit zwei Magnetspulen und zwei zugehörigen Permanentmagneten zeichnet sich somit durch einen symmetrischen Aufbau aus.
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Bei einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen steuerbaren Ventils ist nur eine Magnetspule vorgesehen, deren Polarität allerdings umkehrbar ist. Diese Ausführungsform bietet den Vorteil, dass sie im Vergleich zu einer Ausführungsform mit zwei Magnetspulen eine geringere Komplexität aufweist.
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Bei einer Ausführungsform des steuerbaren Ventils gemäß der Erfindung weist das linear bewegbare Bauelement eine Öffnung auf, die eine Fluid-Zuleitung und eine Fluid-Ableitung in einer der beiden Positionen des Bauelementes miteinander verbindet und in der anderen Position des Bauelementes voneinander trennt.
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Bei einer alternativen Ausführungsform weist das linear bewegbare Bauelement keine Öffnung sondern eine Verjüngung auf, die eine Fluid-Zuleitung und eine Fluid-Ableitung in einer der beiden Positionen des Bauelementes miteinander verbindet und in der anderen Position des Bauelementes voneinander trennt.
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Bei einer möglichen Ausführungsform des erfindungsgemäßen steuerbaren Ventils wird durch die lineare Bewegung des Bauelementes von der ersten Position in die zweite Position ein Steuerhub hervorgerufen, der hydromechanisch zu einem Arbeitshub verstärkt wird.
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Bei einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen steuerbaren Ventils weist das Bauelement eine Öffnung oder eine Verjüngung auf, die eine Fluid-Zuleitung in einer der beiden Positionen des Bauelements mit einer ersten Fluid-Ableitung verbindet und die in der anderen der beiden Positionen des Bauelementes die Fluid-Zuleitung mit einer zweiten Fluid-Ableitung verbindet.
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Bei dieser Ausführungsform dient das steuerbare Ventil nicht zum Schließen oder Unterbrechen eines Kreislaufes sondern zum Umschalten zwischen zwei Fluid-Ableitungen bzw. Kreisläufen.
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Das erfindungsgemäße steuerbare Ventil eignet sich zum Steuern und Regeln eines beliebigen schwer entflammbaren Fluids innerhalb eines Flugzeuges, insbesondere eines schwer entflammbaren Gases, Gasgemisches oder einer schwer entflammbaren Flüssigkeit oder eines schwer entflammbaren Flüssigkeitsgemisches. Das erfindungsgemäße steuerbare Ventil kann insbesondere zum Steuern und Regeln eines schwer entflammbaren Hydraulikfluids oder Wasserstromes innerhalb des Luftfahrzeuges verwendet werden.
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Das Bauelement besteht vorzugsweise aus Metall wobei die zwei Stirnflächen ferromagnetisches Material aufweisen. Eine maximale Magnetkraft bzw. Zugkraft kann bei der Verwendung sogenannter seltener Erden erreicht werden.
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Die Magnetspule des erfindungsgemäßen steuerbaren Ventils kann durch eine Steuerung angesteuert werden.
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Bei einer möglichen Ausführungsform beträgt die Zeitdauer für die elektrische Erregung der Magnetspule weniger als 500 ms.
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Im Weiteren werden Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Ventils unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren detailliert beschrieben.
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Es zeigen:
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1A, 1B eine erste Ausführungsform des erfindungsgemäßen steuerbaren Ventils in zwei Schaltpositionen;
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2A, 2B eine zweite Ausführungsform des erfindungsgemäßen steuerbaren Ventils in zwei Schaltpositionen;
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3A, 3B eine dritte Ausführungsform des erfindungsgemäßen steuerbaren Ventils in zwei Schaltpositionen;
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4A, 4B Schaltsymbole für die in den 1–3 dargestellten Ausführungsformen des erfindungsgemäßen steuerbaren Ventils;
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5A–5E Diagramme zur Darstellung der genauen Funktionsweise eines erfindungsgemäßen steuerbaren Ventils mit einem schwer entflammbaren Fluid innerhalb eines Luftfahrzeuges.
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Die 1–3 zeigen drei Ausführungsvarianten eines erfindungsgemäßen steuerbaren Ventils 1 zum Schalten, Steuern oder Regeln eines schwer entflammbares Fluidstroms, insbesondere für einen Hydraulikfluidstrom innerhalb eines Luftfahrzeuges. Wie man aus 1A, 1B erkennen kann, enthält die dort gezeigte Ausführungsform des steuerbaren Ventils 1 eine Magnetspule 2 bei der eine nicht gezeigte Steuerschaltung elektrisch erregbar ist. Ein in dem Ventil 1 vorgesehenes Bauelement 3 kann durch elektrische Erregung der Magnetspule 2 von der in 1A dargestellten ersten Position zu der in 1B dargestellten zweiten Position linear bewegt werden. Wie in 1B dargestellt, wird das Bauelement 3 nach Beendigung der elektrischen Erregung der Magnetspule 2 von einem ersten Permanentmagneten bzw. einem ersten Permanentmagnetpaar 4a, 4b, gehalten. In der Ausgangsposition gemäß 1A wird das lineare Bauelement 3 durch einen zweiten Permanentmagneten bzw. ein zweites Permanentmagnetpaar 5a, 5b gehalten.
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Bei der Betätigung des Ventils 1 führt die mechanische Einheit bzw. das mechanische Bauelement 3 eine lineare Bewegung bzw. einen mechanischen Hub aus. Durch diese Linearbewegung wird eine Fluid-Zuleitung 6 mit einer Fluid-Ableitung 7 verbunden oder alternativ davon getrennt. Bei einer möglichen Ausführungsform ist das linear bewegbare mechanische Bauelement 3 zylinderförmig ausgebildet und weist an seinen Stirnflächen ferromagnetisches Material auf, welches einen Teil der beiden gegenüberliegenden Permanentmagnete bilden, wobei dieses ferromagnetische Material des Bauelementes 3 eines entsprechenden ferromagnetischen Material einem zylinderförmigen Gehäuses des steuerbaren Ventils 1 zusammenwirkt.
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Bei der in 1A, 1B dargestellten Ausführungsform weist das zylinderförmige linear bewegbare Bauelement 3 eine Verjüngung 8 auf. Bei der in 1A dargestellten Schaltposition ist die Fluid-Zuleitung 6 über die in dem Zylinder 3 an dieser Stelle vorgesehene Verjüngung 8 mit der Fluid-Ableitung 7 verbunden. Bei der in 1A dargestellten Schaltposition befindet sich somit das steuerbare Ventil 1 in einer geöffneten Schaltstellung bei der ein Fluid, insbesondere ein Hydraulikfluid von der Zuleitung 6 direkt in die Fluid-Ableitung 7 gelangt. Bei elektrischer Erregung der Magnetspule 2 wird auf das linear bewegbare Bauelement 3 eine Zugkraft ausgeübt, die der Haltekraft des zweiten Permanentmagnetpaares 5a, 5b entgegenwirkt und diese übertrifft. Das Bauelement 3 bewegt sich bei Erregung der Magnetspule 2 unterstützt durch die Zugkraft des ersten Permanentmagnetpaares 4a, 4b von der in 1A dargestellten Schaltposition, in der das Ventil 1 offen ist, in die in 1B dargestellte Schaltposition, in der das Ventil 1 geschlossen ist. Wie man in 1B erkennen kann, befindet sich die Verjüngung 8 in dem zylinderförmigen Bauelement 3 nicht mehr im Bereich der Fluid-Zu- und Ableitung 6, 7, so dass der Fluidkreislauf unterbrochen ist. Das Bauelement bzw. der Anker 3 wird in der Schaltposition gemäß 1B durch das Permanentmagnetpaar 4a, 4b gehalten.
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Bei der in den 1A, 1B dargestellten ersten Ausführungsform weist das steuerbare Ventil 1 gemäß der Erfindung eine einzige Magnetspule 2 auf. Dabei ist die Magnetspule 2 vorzugsweise in ihrer Polarität umkehrbar. Bei Betätigung der Magnetspule 2 mit umgekehrter Polarität wird das Bauelement 3 von der in 1B dargestellten zweiten Schaltposition zurück in die in 1A dargestellte ursprüngliche Schaltposition bewegt. Dabei ist die von der Magnetspule 2 ausgeübte Zugkraft bei elektrischer Erregung größer als die von dem Permanentmagnetpaar 4a, 4b ausgeübte Haltekraft.
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Bei der in 1A, 1B dargestellten Ausführungsform weist das linear bewegbare Bauelement bzw. der Anker 3 eine Verjüngung 8 auf. Bei einer alternativen Ausführungsform kann das linear bewegbare Bauelement 3 eine Öffnung aufweisen, durch die Fluid in einer geöffneten Stellung des steuerbaren Ventils 1 von der Fluid-Zuleitung 6 zu der Fluid-Ableitung 7 strömt. In einer anderen Schaltposition ist die Öffnung lateral versetzt, wobei die Fluid-Zuleitung 6 von der Fluid-Ableitung 7 getrennt liegt.
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Bei einer möglichen Ausführungsform des erfindungsgemäßen steuerbaren Ventils 1 bildet der ausgeübte Hub einen Steuerhub der hydromechanisch zu einem Arbeitshub verstärkt wird.
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Die Zeitdauer für die elektrische Erregung der Magnetspule 2 beträgt vorzugsweise weniger als 500 ms, so dass die Magnetspule 2 nur für einen relativ kurzen Zeitraum unter Strom steht und somit nicht eine potenzielle Zündquelle für von Entzündung des Flugzeugtreibstoff bildet.
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2A, 2B zeigen eine zweite Ausführungsform des erfindungsgemäßen steuerbaren Ventils 1 in zwei Schaltpositionen. Bei der in 2A, 2B dargestellten Ausführungsvariante des Ventils 1 weist dieses zwei Magnetspulen 2-1, 2-2 auf. Bei elektrischer Erregung der ersten Magnetspule 2-1 wird das Bauelement 3 von der in 2A dargestellten Position entgegen der Haltekraft des Permanentmagnetpaares 5a, 5b in die zweite Schaltposition gebracht, wie sie in 2B dargestellt ist. Bei dieser zweiten Schaltposition wird das Bauelement 3 nach Beendigung der elektrischen Erregung von der ersten Magnetspule 2-1 durch den anderen Permanentmagnet bzw. das andere Permanentmagnetpaar 4a, 4b gehalten. Bei kurzzeitiger elektrischer Erregung der zweiten Magnetspule 2-2 wird das Bauelement 3 von der in 2B dargestellten zweiten Position entgegen der Haltekraft des Permanentmagnetpaares 4a, 4b in die ersten Schaltposition zurückbewegt, wobei es das Bauelement 3 nach Beendigung der elektrischen Erregung der zweiten Magnetspule 2-2 durch das Permanentmagnetpaar 5a, 5b gehalten wird. Durch alternierendes Erregen bzw. Aktivieren der beiden Magnetspulen 2-1, 2-2 kann das steuerbare Ventil 1 zwischen der offenen Schaltposition gemäß 2A und der geschlossenen Schaltposition gemäß 2B hin und her geschaltet werden. Bei einer alternativen Ausführungsform sind die beiden Magnetspulen 2-1, 2-2 gleichwirkend, wobei ihre Polarität jeweils umkehrbar ist.
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Die 3A, 3B zeigen eine dritte Ausführungsvariante des erfindungsgemäßen steuerbaren Ventils 1. Bei dieser Ausführungsvariante weist das steuerbare Ventil 1 nicht nur eine Fluid-Ableitung 7, sondern zwei Fluid-Ableitungen 7-1, 7-2 auf. Durch Betätigung bzw. Ansteuerung der beiden Magnetspulen 2-1, 2-2 wird das Bauelement 3 zwischen zwei Schaltpositionen bewegt, wobei bei einer der beiden Positionen des Bauelementes 3 die Fluid-Zuleitung 6 mit der ersten Fluid-Ableitung 7-1 und in der anderen der beiden Positionen des Bauelementes 3 die Fluid-Zuleitung 6 mit der zweiten Fluid-Ableitung 7-2 verbunden ist. Bei der in 3A dargestellten Schaltposition gelangt das Fluid von der Fluid-Zuleitung 6 über die in dem zylinderförmigen Bauelement 3 vorgesehene Verjüngung 8 zu der ersten Fluid-Ableitung 7-1. Bei der in 3B dargestellten Schaltposition gelangt das Fluid von der Fluid-Zuleitung 6 über die Verjüngung 8 zu der zweiten Fluid-Ableitung 7-2.
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Bei der in 3A, 3B dargestellten dritten Ausführungsform kann mittels des steuerbaren Ventils 1 zwischen zwei Fluid-Ableitungen 7-1, 7-2 umgeschaltet werden. Bei einer alternativen Ausführungsform kann durch das steuerbare Ventil 1 zwischen zwei Fluid-Zuleitungen 6-1, 6-2 umgeschaltet werden.
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4A zeigt ein Schaltsymbol für ein steuerbares Ventil 1 gemäß der Erfindung für die beiden in 1, 2 dargestellten Ausführungsvarianten, bei denen das Ventil 1 eine Fluid-Zuleitung 6 mit einer Fluid-Ableitung 7 verbindet bzw. davon trennt. Das Schaltsymbol deutet die dabei eingesetzten Permanentmagnetpaare an. Weiterhin sind bei dem in 4A dargestellten Schaltsymbol die Magnetspulen zur Betätigung des Ventils 1 symbolisch dargestellt.
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4B zeigt ein Schaltsymbol für die in den 3A, 3B dargestellte dritte Ausführungsvariante des erfindungsgemäßen steuerbaren Ventils 1. Bei dieser Ausführungsvariante dient das steuerbare Ventil 1 gemäß der Erfindung als Umschaltventil zwischen zwei Fluid-Ableitungen 7-1, 7-2.
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5A, 5B, 5C, 5D, 5E verdeutlichen die Funktionsweise des erfindungsgemäßen steuerbaren Ventils 1. Das steuerbare Ventil 1 weist wie in dem Ersatzschaltbild dargestellt, entweder zwei erregbare Magnetspulen oder eine erregbare Magnetspule mit umkehrbarer Polarität auf.
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In der Schaltposition 1 gemäß 5A befindet sich das linear bewegbare Bauelement 3 in der linken Endposition und wird durch einen Permanentmagneten gehalten. Bei der Betätigung einer Magnetspule, zum Beispiel der in 1A dargestellten Magnetspule 2 wird zu einem Zeitpunkt t0 eine vorgegebenen Gleichspannung von beispielsweise 28 Volt DC an die Magnetspule 2 angelegt, die einen entsprechenden Stromfluss I hervorruft. Die betätigte bzw. erregte Magnetspule 2 bewirkt zu eine ansteigende Zugkraft, welche und die Haltekraft des Permanentmagneten, der das Bauelement 3 in der linken Schaltstellung hält zu einem Zeitpunkt t1 übertrifft. Weiterhin bewegt sich das Bauelement 3 ausgehend von der linken Schaltstellung in Richtung zu der rechten Schaltposition, wobei die Haltekraft desjenigen Permanentmagneten der das Bauelement 3 in der linken Schaltstellung gehalten hat, kontinuierlich abnimmt. Gleichzeitig mit der linearen Bewegung des Bauelements 3 aus der linken Schaltposition in die rechte Schaltposition übt der auf der rechten Seite befindlichen Permanentmagnet eine zusätzliche Zugkraft auf das Bauelement 3 aus. Zum Zeitpunkt t2 übertrifft die Kraft des Permanentmagnetpaares auf der rechten Seite bzw. die Haltekraft dieses Permanentmagnetpaares die Haltekraft des Permanentenpaares auf der linken Seite und unterstützt so die Linearbewegung des Bauelementes 3 nach rechts. Sobald das Bauelement 3 sich in der anderen Schaltposition bzw. in der rechten Schaltposition befindet, wie sie in 5C dargestellt ist, wird die elektrische Erregung der Magnetspule 2 zum Zeitpunkt t3 beendet, so dass die Zugkraft der Magnetspule 2 auf null zurückgeht, wie in den 5B, 5C dargestellt. Nach Beendigung der Linearbewegung des Bauelementes 3 fließt durch die Magnetspule 2 kein Strom mehr, wie in 5C gezeigt ist.
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5D, 5E zeigen die Bewegung des Bauelementes 3 aus der rechten Schaltposition zurück in die linke Schaltposition. Zum Zeitpunkt t4 wird die andere Magnetspule bzw. die gleiche Magnetspule mit umgekehrter Polarität erregt. Dies geschieht durch Anlegen einer Gleichspannung, die einen Stromfluss hervorruft, wodurch eine Zugkraft hervorgerufen durch die Magnetspule entsteht und zum Zeitpunkt t5 die Haltekraft des Permanentmagnetpaares auf der rechten Seite übertrifft und zu einer Linearbewegung des Bauelementes 3 nach links führt. Zum Zeitpunkt t6 übertrifft die Zugkraft des Permanentmagnetpaares auf der linken Seite die Haltekraft des Permanentmagnetpaares auf der rechten Seite und unterstützt die lineare Bewegung des Bauelementes 3 zu der linken Schaltposition. Nach Erreichen der linken Schaltposition erfolgt keine Erregung der Magnetspule mehr, wie in 5E dargestellt.
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Die Zeitdauer für die elektrische Erregung der Magnetspule 2 bzw. die Differenz zwischen den Zeitpunkten t0 und t3 bzw. t4 und t7 beträgt vorzugsweise weniger als 500 ms. Das erfindungsgemäße steuerbare Ventil 1 befindet sich daher während des Schaltvorganges nur für eine kurze Zeit unter Strom, so dass eine Entzündung eines anderen Fluids, insbesondere vom Treibstoff eines Luftfahrzeuges, sehr unwahrscheinlich ist.
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Die Haltekraft der Permanentmagnetpaare ist in Abhängigkeit von der Masse bzw. des Gewichts des linear beweglichen Bauelementes 3 ausgelegt. Je größer die Masse des linear beweglichen Bauelementes 3 ist, desto höher wird die Haltekraft des Permanentmagnetpaares gewählt.
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Da das erfindungsgemäße steuerbare Ventil 1, wie es in den Ausführungsformen gemäß 1, 2, 3 dargestellt ist, keinen mechanischen Verriegelungsmechanismus, insbesondere keine Federbauelemente bzw. Federbauteile benötigt, ist der mechanische Verschleiß sehr gering und die Betriebsdauer des steuerbaren Ventils 1 sehr hoch. Da keine mechanischen Bauteile zur Verriegelung notwendig sind, eignet sich das erfindungsgemäße steuerbare Ventil 1 zur Miniaturisierung. Die Fluid-Zuleitung 6 und die Fluid-Ableitung 7 können einen dementsprechend kleinen Durchmesser aufweisen, beispielsweise einen Durchmesser von weniger als 1 cm. Da das erfindungsgemäße steuerbare Ventil 1 während des unmittelbaren Schaltvorganges nur für eine kurze Zeit einen Stromfluss aufweist, ist die umgesetzte elektrische Leitung gering, was wiederum zu einer geringen thermischen Abwärme führt.
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Ein weiter Vorteil des erfindungsgemäßen steuerbaren Ventils 1 besteht darin, dass es sich aufgrund seines sehr niedrigen Energieverbrauchs dazu eignet, durch eine Batterie betrieben zu werden.
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Bei einer möglichen Ausführungsform wird die Magnetspule 2 zum Betätigen des Ventils 1 durch eine durch eine Batterie gelieferte Gleichspannung erregt. Durch die geringen Zeitdauer der elektrischen Erregung der Magnetspule 2 von beispielsweise weniger als 500 ms wird die Batterie dabei nur wenig belastet. Bei einer möglichen Ausführungsform des erfindungsgemäßen steuerbaren Ventils 1 weist dieses eine lokale Spannungsversorgung mit einer darin integrierte Batterie auf. Bei der Batterie kann es sich um eine wiederaufladbare Batterie bzw. einen Akkumulator handeln. Bei einer möglichen Ausführungsform ist dieses steuerbare Ventil 1 einschließlich einer integrierten Batterie in eine Baukomponente bzw. ein Bauteil eines Luftfahrzeugs einsetzbar. Bei dem Luftfahrzeug kann es sich um ein beliebiges Luftfahrzeug handeln, insbesondere um ein Flugzeug oder um einen Helikopter. Das durch das steuerbare Ventil 1 schaltbare schwer entflammbare Fluid kann eine beliebige Flüssigkeit oder ein Flüssigkeitsgemisch sein. Alternativ kann es sich bei dem Fluid auch um ein Gas oder Gasgemisch handeln. Bei einer möglichen Ausführungsform besteht das Gas, welches durch die Fluid-Zuleitung 6 und die Fluid-Ableitung 7 strömt unter einem hohen Druck.
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Bei einer möglichen Ausführungsform wird die Magnetspule 2 des steuerbaren Ventils 1 durch ein Gleichspannungsversorgungsnetz des Luftfahrzeugs mit einer Gleichspannung DC von beispielsweise 28 Volt zur Erregung beaufschlagt. Bei einer alternativen Ausführungsform ist diese Gleichspannung DC geringer und beträgt beispielsweise nur 12 oder 6 Volt. Bei einer weiteren Ausführungsform dient eine Batterie oder ein Akkumulator als eine Standby- bzw. Ersatzspannungsquelle, insbesondere bei Ausfall einer zentralen Gleichspannungsversorgung in dem Luftfahrzeug. Aufgrund der Konstruktion des erfindungsgemäßen steuerbaren Ventils 1 und dem Vorsehen von Permanentmagneten ist die benötigte Zugkraft, die durch die Magnetspule 2 für die Bewegung des Bauelementes 3 benötigt wird, insbesondere bei einem geringen Gewicht des Bauelementes 3, gering, so dass das erfindungsgemäße steuerbare Ventil 1 bei einer kurzzeitigen elektrischen Erregung von unter 500 ms nur eine geringe Gleichspannung zum Beaufschlagen der Magnetspule 2 benötigt. Je geringer die für die Erregung der Magnetspulen 2 benötigte Gleichspannung ist, desto geringer ist auch eine Explosionsgefahr bei austretendem Treibstoff. Daher zeichnet sich das erfindungsgemäße steuerbare Ventil 1 durch eine sehr hohe Sicherheit gegenüber einer Entzündung eines leicht entflammbaren Fluids aus und senkt die Brandgefahr innerhalb eines Luftfahrzeugs erheblich.
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Die Erfindung schafft ferner ein Verfahren zum Steuern eines Massestromes eines schwer entflammbaren Fluids, wobei eine elektrisch erregte Magnetspule 2 ein Bauelement 3 von einer ersten Position in eine zweite Position linear bewegt und das Bauelement 3 nach Beendigung der elektrischen Erregung der Magnetspule 2 von einem Permanentmagneten gehalten wird, wobei durch die Bewegung des Bauelementes 3 der Massestrom des Fluids unterbrochen oder umgeleitet wird. Dieses Verfahren kann insbesondere unter Kontrolle eines Steuerprogramms durchgeführt werden, welches durch eine Steuereinheit bzw. einen Mikroprozessor ausgeführt wird.
