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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Magnetventil, insbesondere für einen hydraulischen Dämpfer.
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Magnetventile sind grundsätzlich bekannt und werden z. B. verwendet, um bei hydraulischen Dämpfern Bypasskanäle hinsichtlich ihres Durchlasses für ein Hydraulikfluid zu regeln. Dabei ist es für die Regelung des Bypasskanals insbesondere von Vorteil, wenn die tatsächliche Position hinsichtlich der Schließ- oder Öffnungsstellung des Magnetventils bekannt ist. Bei bekannten Magnetventilen wird hierfür entweder eine direkte oder eine indirekte Überwachung der Position des Ventilkörpers durchgeführt.
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Die indirekte Überwachung der Position des Ventilkörpers erfolgt dabei durch die zeitliche Überwachung des Stromverlaufes des Magnetventils selbst, also insbesondere des elektromagnetischen Systems desselben. Dies hat den Vorteil, dass kein direkter Eingriff in das hydraulische System des Dämpfers notwendig ist, insbesondere kein Eingriff in den Strömungspfad des Magnetventils. Jedoch ist es mit dieser Messmethode nicht möglich, eine direkte Position des Ventilkörpers zu bestimmen, da ausschließlich eine indirekte Bestimmung über den Steuerstrom bei anliegender Spannungsversorgung möglich ist.
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Als Alternative ist es bekannt, Linearsensoren zu verwenden, mittels deren Hilfe die tatsächliche Position im Inneren des Magnetventils des Ventilkörpers bestimmbar ist. Nachteilig bei derartigen Linearsensoren ist jedoch, dass sie in einem Berührungskontakt, insbesondere ein Schleifkontakt, mit dem Ventilkörper stehen. Dies führt zum Einen zu dem Risiko von Abrieb im Inneren des Magnetventils, so dass das Risiko von Fehlfunktionen des Magnetventils besteht. Darüber hinaus erzeugt ein solcher schleifender Kontakt eine Reibung, die neben dem voranstehend erläuterten Abrieb, auch eine Erwärmung des Magnetventils mit sich bringt bzw. die Funktion des Magnetventils in Wechselwirkung beeinflusst. Nicht zuletzt ist eine solche Ausführungsform nachteilig, da eine solche Sensorik zumindest teilweise in den Strömungspfad des Magnetventils eingreift, so dass eine Ausführungsform gewählt werden muss, die robust genug für einen solchen Einsatz ist. Darüber hinaus ist eine Abdichtung des Linearsensors notwendig, um zu verhindern, das Hydraulikfluid an dieser Stelle austritt.
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Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die voran stehend erläuterten Probleme des Standes der Technik bei einem Magnetventil, insbesondere für einen hydraulischen Dämpfer zu beheben. Insbesondere ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein Magnetventil zur Verfügung zu stellen, mit dessen Hilfe in einfacher und kostengünstiger Weise die Position des Ventilkörpers bestimmbar ist.
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Die voranstehende Aufgabe wird gelöst durch ein Magnetventil mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruches 1. Vorteilhafte Ausführungsformen und Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
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Bei den erfindungsgemäßen Magnetventilen, insbesondere für einen hydraulischen Dämpfer, ist ein Gehäuse vorgesehen, in dem ein Strömungspfad für ein Fluid ausgebildet ist. Dabei ist insbesondere eine Einlassöffnung und eine Auslassöffnung vorgesehen, welche durch den Strömungspfad im Inneren des Gehäuses des Magnetventils fluidkommunizierend miteinander verbunden sind. Entlang des Strömungspfades kann also Fluid durch eine Einlassöffnung in das Magnetventil ein- und durch die Auslassöffnung wieder ausströmen.
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Weiterhin weist ein erfindungsgemäßes Magnetventil einen Ventilkörper auf, der entlang einer Achse innerhalb des Gehäuses bewegbar zwischen einer dem Strömungspfad verschließenden Verschlussstellung und einer den Strömungspfad öffnenden Öffnungsstellung angeordnet ist. Dabei ist ein Kraftelement vorgesehen, welches den Ventilkörper in der Verschlussstellung oder in der Öffnungsstellung hält. Mit anderen Worten ist hier die grundlegende Funktionalität eines Magnetventils wiedergegeben. Dabei ist für die Funktionsweise der vorliegenden Erfindung unerheblich, ob es sich bei dem Magnetventil um eine Alternative handelt, bei welcher der Strömungspfad stromlos geöffnet bzw. stromlos geschlossen ist. Diese Auswahl kann durch die Kraftrichtung des Kraftelementes eingestellt werden, so dass der Ventilkörper durch das Kraftelement entweder in Verschlussstellung oder in Öffnungsstellung gehalten wird.
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Unter „Kraftelement” ist dabei im Rahmen der vorliegenden Erfindung ein Element zu verstehen, welches in der Lage ist eine Kraft auf den Ventilkörper auszuüben und diesen entlang seiner Bewegungsrichtung zwischen der Verschlussstellung und der Öffnungsstellung zu bewegen. Dies kann z. B. durch ein federelastisches Element, insbesondere eine Feder erfolgen. Eine solche Feder kann z. B. als Spiralfeder ausgebildet sein, die je nach Ausführungsalternative entweder eine Zug- oder eine Druckfeder ist. Selbstverständlich sind auch andere Ausführungsformen des Kraftelementes, wie z. B. Magnete, elastische Materialen oder ähnliches, im Rahmen der vorliegenden Erfindung denkbar.
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Ein erfindungsgemäßes Magnetventil zeichnet sich dadurch aus, dass eh Körperschallsensor vorhanden ist der ausgebildet ist, einen durch eine Bewegung des Ventilkörpers erzeugten Körperschall zu detektieren. Dabei kann die Detektion sowohl qualitativ, als auch quantitativ erfolgen. In besonders kostengünstigen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung wird ausschließlich eine qualitative Detektion stattfinden, so dass die Detektion von Körperschall grundsätzlich auf eine Bewegung des Ventilkörpers schließen lässt. Insbesondere bei Magnetventilen, welche keinen variablen Öffnungsquerschnitt haben, sondern ausschließlich zwischen einer Öffnungsposition und einer Verschlussposition schaltbar sind, kann auf diese Weise alleine durch die Bewegung des Ventilkörpers auf eine Veränderung der Verschlusssituation geschlossen werden. Der Körperschall kann dabei direkt am Ventilkörper selbst detektiert werden. Jedoch ist es auch möglich, eine indirekte Detektion an anderen Bauteilen des Magnetventils durchzuführen. Insbesondere ist es dabei denkbar, dass der Körperschallsensor z. B. an Bauteilen des elektromagnetischen Systems angeordnet ist, so dass eine Schallbrücke zwischen dem Ventilkörper und dem Körperschallsensor besteht. Über eine solche Schallbrücke wird dementsprechend erzeugter Körperschall aus der Bewegung des Ventilkörpers von dem Körperschallsensor wahrgenommen.
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Im Vorteil zu den bekannten Systemen kann bei einem erfindungsgemäßen Magnetventil eine direkte Messung der Position des Ventilkörpers erfolgen. Jedoch ist für diese direkte Messung kein schleifender Kontakt, wie bei Linearsensoren, mit dem Ventilkörper notwendig. Auf diese Weise kann trotz dem großen Vorteil der direkten Messung eine zusätzliche Abdichtung zu dem Körperschallsensor unterbleiben. Vielmehr besteht im Wesentlichen eine vollständige Trennung zwischen der Sensorik auf der einen Seite, und dem Fluidsystem, nämlich dem Strömungspfad im Magnetventil, auf der anderen Seite.
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Man kann das Kraftelement und den Ventilkörper als ein Feder-Masse-System bezeichnen, welches bei Bewegung des Ventilkörpers durch magnetische Kräfte mit oder gegen die Federkraft des Kraftelementes einen Körperschall erzeugt, welcher wiederum vom Körperschallsensor wahrgenommen wird.
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Im Rahmen der vorliegenden Erfindung kann es von Vorteil sein, wenn der Ventilkörper als Anker ausgebildet ist, der Teil des elektromagnetischen Systems ist. In einem solchen Fall sind Ventilkörper und der Anker sozusagen integrale Bauteile bzw. ist der Anker gleichzeitig der Ventilkörper. Es sind weder zusätzliches Material noch zusätzliche Komponenten für den Anker notwendig, so dass einerseits die Herstellungskosten für ein erfindungsgemäßes Magnetventil reduziert und darüber hinaus auch das Gewicht und der Bauraum verkleinert werden.
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Ebenfalls von Vorteil ist es, wenn bei einem erfindungsgemäßen Magnetventil der Körperschallsensor als einachsiger Beschleunigungssensor ausgebildet ist. Hierbei handelt es sich um eine besonders kostengünstige Variante, da die Messung hinsichtlich des Körperschalls auf eine Achse nämlich die Bewegungsachse des Ventilkörpers beschränkt ist. Dementsprechend können kostengünstigere Körperschallsensoren Verwendung finden und auf diese Weise die Herstellungskosten des erfindungsgemäßen Magnetventils weiter reduziert werden.
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Ein weiterer Vorteil ist es, wenn bei einem erfindungsgemäßen Magnetventil der Körperschallsensor in direktem oder in indirektem berührendem Kontakt mit dem Ventilkörper steht. Unter direktem Kontakt' ist dabei eine unmittelbare Berührung zwischen dem Körperschallsensor und dem Ventilkörper zu verstehen. Z. B. kann der Körperschallsensor direkt auf der Seite des Ventilkörpers angeordnet sein, welche von dem Strömungspfad abgewandt ist. Das bedeutet also, dass sich der Körperschallsensor in einer solchen Ausführungsform gemeinsam mit dem Ventilkörper bewegt. Es kann jedoch auch vorteilhaft sein, insbesondere wenn die Anzahl der sich bewegenden Elemente auf ein Minimum reduziert werden soll, dass sich der Körperschallsensor im indirekten berührenden Kontakt mit dem Ventilkörper befindet. Das bedeutet, dass ein berührender Kontakt hinsichtlich einer Schallbrücke besteht, so dass Körperschall, welcher durch eine Bewegung des Ventilkörpers erzeugt wird, von diesem über die entsprechende(n) Schallbrücke(n) bis zum Körperschallsensor weitergeleitet wird. Dieser befindet sich also damit in indirektem berührendem Kontakt mit dem Ventilkörper. Z. B. kann es also möglich sein, dass sich der Körperschallsensor an dem elektromagnetischen System befindet, welches wiederum in direktem berührendem Kontakt mit dem Ventilkörper steht. Auf diese Weise stellt das elektromagnetische System, z. B. dessen Gehäuse, eine Schallbrücke im erfindungsgemäßen Sinne dar.
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Ein weiterer Vorteil ist es, wenn bei einem erfindungsgemäßen Magnetventil der Körperschallsensor zumindest einen piezoelektrischen Beschleunigungsaufnehmer aufweist. Alternativ ist es auch möglich, dass es sich bei dem Körperschallsensor um zumindest einen kapazitiven Beschleunigungsaufnehmer handelt. Eine besonders kostengünstige Möglichkeit ist auch, wenn der Körperschallsensor als zumindest ein Dehnmessstreifen ausgebildet ist. Selbstverständlich kann im Rahmen der vorliegenden Erfindung ein Körperschallsensor auch unterschiedlichste Bewegungen aufnehmen bzw. unterschiedlichste Einzelsensoren aufweisen. Um den Körperschall in unterschiedlichsten Einsatzsituationen besonders effektiv messbar machen zu können, kann es vorteilhaft sein, einzelne Sensorikmethoden miteinander zu kombinieren.
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Es kann ebenfalls vorteilhaft sein, wenn bei einem erfindungsgemäßen Magnetventil der Körperschallsensor in oder an dem Gehäuse derart angebracht ist, dass er außerhalb des Strömungspfades angeordnet ist. Dies ist nur bei einem erfindungsgemäßen Magnetventil möglich. Auf diese Weise lässt sich die Sensorik von der Fluidik des Magnetventils sozusagen vollständig entkoppeln. Die notwendige Verkabelung des Magnetventils kann dementsprechend an einem Bereich, in oder an dem Gehäuse des Magnetventils, erfolgen, welcher unabhängig ist von der Fluidik des Magnetventils. Das bedeutet, dass die Verkabelung und auch der Körperschallsensor selbst bei der Abdichtung der Fluidik des Magnetventils, insbesondere also des Strömungspfades, nicht berücksichtigt werden muss. Vielmehr kann auf diese Weise in besonders einfacher Weise die gewünschte Dichtigkeit des Strömungspfades hergestellt werden und trotzdem eine direkte Messung der Position des Ventilkörpers durch den Körperschallsensor erfolgen. So ist durch ein erfindungsgemäßes Magnetventil eine sehr kostengünstige Herstellung und eine hohe Funktionalität desselben ermöglicht.
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Ebenfalls vorteilhaft ist es, wenn bei einem erfindungsgemäßen Magnetventil das Kraftelement derart ausgebildet ist, dass es den Ventilkörper in der Öffnungsposition hält. Bei einer solchen Ausführungsform kann also davon gesprochen werden, dass es sich um ein stromlos geöffnetes Magnetventil handelt. Dies bringt den Vorteil mit sich, dass unabhängig von der Bestromungssituation des Magnetventils bzw. eines entsprechend ausgestatteten Dämpfers, das Magnetventil in einer unbestromten Situation auf jeden Fall geöffnet ist. Auf diese Weise kann vermieden werden, dass z. B. bei Stromausfällen am Dämpfer das Magnetventil oder sogar der Dämpfer durch ein unerwünscht geschlossenes Magnetventil beschädigt wird. Es wird auf diese Weise ein unerwünschter Überdruck im System, in welchem ein Magnetventil der vorliegenden Erfindung angeordnet ist, verhindert. Mechanisch kann eine solche Ausbildung derart erzielt werden, dass das Kraftelement, insbesondere ausgebildet als eine Feder, den Ventilkörper in der Öffnungsposition hält. Dies kann sowohl als Zugfeder durch ein Ziehen als auch durch eine Druckfeder mittels Drücken des Ventilkörpers in die gewünschte Position erfolgen.
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Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, in der unter Bezugnahme auf die Zeichnungen Ausführungsbeispiele der Erfindung im Einzelnen beschrieben werden. Dabei können die in den Ansprüchen und in der Beschreibung erwähnten Merkmale jeweils einzeln für sich oder in beliebiger Kombination erfindungswesentlich sein. Die bei der Beschreibung verwendeten Begriffe „links”, „rechts”, „oben” und „unten” beziehen sich dabei auf eine Ausrichtung der Zeichnungsfiguren mit normal lesbaren Bezugszeichen. Es zeigen:
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1 in schematischem Querschnitt eine erste Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Magnetventils und
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2 als schematisches Diagramm die Steuer- und die Körperschallsituation bei der Verwendung eines erfindungsgemäßen Magnetventils.
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Elemente mit gleicher Funktion und Wirkungsweise sind in den 1 und 2 jeweils mit denselben Bezugszeichen versehen.
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In 1 ist eine erste Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Magnetventils 10 dargestellt. Die entsprechenden Elemente, insbesondere die Fluidik dieses Magnetventils 10, ist dabei nur schematisch dargestellt, da sie dem Fachmann hinreichend bekannt ist.
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Ein erfindungsgemäßes Magnetventil 10 dieser Ausführungsform weist einen Strömungspfad 26 auf, welcher eine Einlassöffnung 22 und eine Auslassöffnung 24 mit einer in fluidkommunizierender Weise verbindet. Der Strömungspfad 26 ist dabei z. B. als Fluidkanal im Inneren des Gehäuses 20 des Magnetventils 10 ausgebildet.
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Wie aus der 1 schematisch zu entnehmen ist, ist ein Ventilkörper 30 derart im Inneren des Gehäuses 20 aufgenommen, dass er sich entlang einer Bewegungsachse bewegen kann. Die Situation, welche in 1 dargestellt ist, zeigt einen Ventilkörper 30, der sich in einer solchen Bewegung befindet. Bewegt sich der Ventilkörper 30 weiter nach links, wird der Strömungspfad 26 im Inneren des Gehäuses 20 des Magnetventils 10 zumindest im Wesentlichen vollständig geschlossen. Bewegt sich der Ventilkörper 30 nach rechts, so wird der Strömungspfad 26 im Gehäuse 20 des Magnetventils 10 zumindest im Wesentlichen vollständig geöffnet. Es handelt sich bei diesen beiden Endpositionen des Ventilkörpers 30 um die Verschlussposition einerseits und um die Öffnungsposition andererseits.
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Für die Bewegung des Ventilkörpers 30 ist unter anderem ein Kraftelement 40 vorgesehen, welches bei dieser Ausführungsform als Federelement, insbesondere als Spiralfeder, ausgebildet ist. Diese Spiralfeder ist in der beispielhaft gezeigten Ausführungsform eine Druckfeder, welche eine Druckkraft auf den Ventilkörper 30 ausübt. In einer stromlosen Situation also in einer Situation in der ausschließlich die Kraft des Kraftelementes 40 auf den Ventilkörper 30 wirkt, wird dieser in 1 nach links gedrückt und der Strömungspfad 26 damit zumindest im Wesentlichen vollständig geschlossen. Ein Magnetventil 10 dieser Ausführungsform ist sozusagen stromlos geschlossen.
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Um ein Magnetventil 10 dieser Ausführungsform zu schalten, ist ein schaltbares elektromagnetisches System 50 vorgesehen. Dieses ist aus einer Kombination von Spulen und einem Anker gebildet, wobei die Spulen ein Magnetfeld erzeugen können und der Anker in dieser Ausführungsform integral mit dem Ventilkörper 30 ausgebildet ist. Der Ventilkörper 30 bildet also gleichzeitig diesen Anker, auf welchen das Magnetfeld des elektromagnetischen Systems 50 einwirken kann.
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Dabei ist das elektromagnetische System 50 derart ausgelegt, dass es eine magnetische Kraftwirkung erzeugen kann, die der Kraftrichtung des Kraftelementes 40 entgegengerichtet ist. Bei der vorliegenden Ausführungsform handelt es sich um ein stromlos geschlossenes Magnetventil 10, so dass die Kraftrichtung des elektromagnetischen Systems 50 entgegen dem als Feder ausgebildeten Kraftelement 40 gerichtet ist. Dementsprechend erzeugt das elektromagnetische System 50 eine Kraft welche in 1 den Ventilkörper 30 nach rechts bewegt.
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Die Funktionsweise des Magnetventils 10 kann dahingehend beschrieben werden, dass bei eingeschaltetem Elektromagneten des elektromagnetischen Systems 50 der Ventilkörper 30 sich in die Öffnungsposition bewegt, während durch Abschalten des Magnetfeldes des elektromagnetischen Systems 50 der Ventilkörper 30 durch die Federkraft des Kraftelementes 40 wieder nach links gedrückt wird. Der Ventilkörper 30 befindet sich dann in der Verschlussposition.
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Bei der Ausführungsform eines Magnetventils 10 gemäß 1 ist darüber hinaus ein Körperschallsensor 60 vorgesehen, welcher in indirektem berührendem Kontakt mit dem Ventilkörper 30 steht. Der Körperschallsensor 60 bewegt sich also nicht mit dem Ventilkörper 30 mit, sondern findet sich in berührendem Kontakt mit dem Gehäuse 20. Das Gehäuse 20 bildet auf diese Weise eine Schallbrücke zwischen dem Ventilkörper 30 und dem Körperschallsensor 60. Bewegt sich nun der Ventilkörper 30, entweder durch die Kraft des Kraftelementes 40 oder aber durch die Kraft des elektromagnetischen Systems 50, so wird im und durch den Ventilkörper 30 ein Körperschall erzeugt. Dieser überträgt sich über die Schallbrücke, welche durch das Gehäuse 20 gebildet wird, zum Körperschallsensor 60 und wird von diesem detektiert.
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Dabei kann bei dieser Ausführungsform sowohl eine qualitative, als auch eine quantitative Analyse des detektierten Körperschalls durchgeführt werden. Allerdings reicht für die Aussage, dass sich der Ventilkörper 30 von der vorherigen Position in eine neue Position bewegt hat, die qualitative Analyse aus. Eine quantitative Analyse kann hinsichtlich der Art oder der Stärke des Körperschalls durchgeführt werden, so dass auch die Bewegungsrichtung des Ventilkörpers 30 aus einer solchen Analyse hervorgehen kann.
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In einfachster Weise wird also die Änderung der Position von einer ersten Position in eine zweite Position, z. B. aus der Verschlussposition in die Öffnungsposition des Ventilkörpers 30 detektiert.
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Wie in 1 ebenfalls gut zu erkennen ist, befindet sich der Körperschallsensor 60 an einer Position, in welcher dieser im Wesentlichen vollständig von der Fluidik des Magnetventils 10 getrennt ist. Insbesondere greift weder der Körperschallsensor 60, noch dessen schematisch dargestellte Verkabelung in den Strömungspfad 26 des Magnetventils 10 ein. Die Abdichtung des Strömungspfades 26 und der weiteren Fluidik, insbesondere der Einlassöffnung 22 und der Auslassöffnung 24 kann dabei in gewohnter Weise erfolgen und wird durch den Körperschallsensor 60 nicht beeinflusst.
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Anhand von 2 wird kurz die Funktionsweise eines erfindungsgemäßen Magnetventils 10 erläutert. Dort sind in einem Diagramm schematisch sowohl das Steuersignal, als Strichlinie, und das Körperschallsignal, als durchgezogene Linie dargestellt. Nach oben ist dabei die Amplitude des jeweiligen Signals schematisch aufgeführt.
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Im Verlauf des Betriebs wird demnach mit einem Steuersignal das elektromagnetische System 50 geschaltet. Dabei sind zwei Schaltpositionen zu erkennen, nämlich die eingeschaltete und die ausgeschaltete Situation. Bei dem Steuersignal kann es sich z. B. um die Bestromung des elektromagnetischen Systems 50 handeln. Wird das elektromagnetische System 50 bestromt, wird anschließend der Ventilkörper 30 mit einer Magnetkraft entgegen der Kraftrichtung den Kraftelementen 40 beaufschlagt und auf diese Weise in die Öffnungsposition bewegt. Wird anschließend das Steuersignal wieder entfernt, schaltet das elektromagnetische System 50 stromlos und der Ventilkörper 30 bewegt sich wieder in die Verschlussposition.
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Das Körperschallsignal korreliert dabei mit der jeweiligen Bewegung des Ventilkörpers 30. So ist in 2 gut zu erkennen, dass durch die Bewegung in die Verschlussposition, also beim Einschalten des elektromagnetischen Systems 50, eine erste Körperschallspitze vom Körperschallsensor 60 wahrgenommen wird. Nach dem Ausschalten des Steuersignals wird eine zweite Bewegung des Ventilkörpers 30 durchgeführt, welche ebenfalls als Körperschall in der Körperschallsignalkurve erkennbar ist. Darüber hinaus findet sich in 2 die Information, dass sich die Art des detektierten Körperschalls hinsichtlich der Quantität und der Form der Kurve von der Art der Bewegungsrichtung des Ventilkörpers 30 unterscheidet. So kann durch das Nachschwingen, welches in der Form der Körperschallkurve beim Ausschalten des Steuersignals erkennbar ist, die Bewegungsrichtung des Ventilkörpers 30 exakt angegeben werden. Es ist also zusätzlich zu der bereits erfindungsgemäßen qualitativen Detektion der Position des Ventilkörpers 30 auch eine quantitative Analyse derselben im Rahmen der vorliegenden Erfindung denkbar.
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Die Erfindung wurde vorstehend anhand von bevorzugten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Sie ist jedoch nicht auf diese Ausführungsbeispiele beschränkt, sondern umfasst alle durch die Patentansprüche definierten Ausgestaltungen.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Magnetventil
- 20
- Gehäuse
- 22
- Einlassöffnung
- 24
- Auslassöffnung
- 26
- Strömungspfad
- 30
- Ventilkörper
- 40
- Kraftelement
- 50
- elektromagnetisches System
- 60
- Körperschallsensor
