DE102013000873A1

DE102013000873A1 - Electromagnetic valve i.e. 3/2 directional valve, for use in mechatronics valve module for compressed air system, has sub coils connected in parallel by bipolar transistors in switching position, and in series in another switching position

Info

Publication number: DE102013000873A1
Application number: DE201310000873
Authority: DE
Inventors: Jens Gröger
Original assignee: Wabco GmbH
Current assignee: ZF CV Systems Hannover GmbH
Priority date: 2013-01-19
Filing date: 2013-01-19
Publication date: 2014-07-24

Abstract

The valve (2) has an electromagnet (7) including two sub coils (8, 9) i.e. wire windings, which are provided on a coil body (7a). Bipolar transistors (17, 18) are adjusted into a switching position or another switching position by switching signals. The sub coils are connected in parallel by the bipolar transistors in the former switching position, and in series in the latter switching position. An intermediate diode is connected between the sub coils. The diode is blocked in the former switching position by parallel connection of the sub coils.

Description

Die Erfindung betrifft ein elektromagnetisches Ventil sowie ein Verfahren zum Betreiben eines derartigen elektromagnetischen Ventils.The invention relates to an electromagnetic valve and a method for operating such an electromagnetic valve.

Ein Magnetventil weist im Allgemeinen einen Spulenkörper und eine auf den Spulenkörper gewickelte Spule auf. Bei Anlegen einer elektrischen Spannung wird ein elektrischer Strom ausgebildet, der ein Magnetfeld erzeugt, das eine Kraft auf den Anker ausübt, um diesen zu verstellen. Damit der Anker anzieht, wird im Allgemeinen eine bestimmte magnetische Mindestkraft und damit ein bestimmter elektrischer Mindeststrom eingesetzt, der durch Anlegen einer elektrischen Mindest-Spannung erzeugt wird, die den unteren Grenzwert des Betriebsspannungsbereiches festlegt. Nach oben ist die Betriebsspannung dadurch begrenzt, dass mit zunehmender Spannung und damit zunehmendem Strom auch die Verlustleistung und damit die Erwärmung steigt, die aber im Allgemeinen einen bestimmten Grenzwert nicht überschreiten soll.A solenoid valve generally has a bobbin and a coil wound on the bobbin. When an electrical voltage is applied, an electric current is generated, which generates a magnetic field which exerts a force on the armature in order to adjust it. In order for the armature to attract, a certain minimum magnetic force, and thus a certain minimum electrical current, is generally used, which is generated by applying a minimum electrical voltage that sets the lower limit of the operating voltage range. To the top, the operating voltage is limited by the fact that with increasing voltage and thus increasing current, the power loss and thus the heating increases, but should generally not exceed a certain limit.

Um den zusätzlichen Betriebsspannungsbereich zwischen Minimal- und Maximalwert zu erweitern oder in einem gegebenen Betriebsspannungsbereich die Spule möglichst klein bauen zu können, ist eine Reihe unterschiedlicher so genannter peak and hold-Schaltungen bekannt. Hierbei wird die Spule so ausgelegt und betrieben, dass anfangs in einer Anzugsphase ein ausreichender Anzugsstrom fließen kann. In einer nachfolgenden Haltephase bei angezogenem Anker ist nur noch ein geringerer Haltestrom erforderlich, der im Allgemeinen mittels PWM-Taktung eines Ausgangsstroms erzeugt werden kann. Hierdurch wird auch die Verlustleistung reduziert. In Herbert Sax: „Verlustarme Ansteuerung von Aktuatoren”, Elektronik 23 vom 13.11.1987 ist eine entsprechende Schaltung beschrieben.In order to expand the additional operating voltage range between minimum and maximum value or to be able to build the coil as small as possible in a given operating voltage range, a number of different so-called peak and hold circuits is known. In this case, the coil is designed and operated so that initially in a tightening phase, a sufficient starting current can flow. In a subsequent holding phase with armature attracted, only a smaller holding current is required, which can generally be generated by means of PWM clocking of an output current. This also reduces the power loss. In Herbert Sax: "Low-loss actuation of actuators", Electronics 23 from 13.11.1987 a corresponding circuit is described.

Derartige peak and hold-Schaltungen sind sinnvoll, wenn das Magnetventil und die Ansteuerelektronik zusammen als System entwickelt und vertrieben werden. Bei allein stehenden Magnetventilen mit einer solchen Technologie ist zum Teil eine Ansteuerung durch separate peak and hold-Schaltungen erforderlich. Der Magnetventil-generierte PWM-Betrieb führt zu einem getakteten Strom auf der Versorgungsleitung. Schaltausgänge von Kfz-Elektroniken weisen jedoch im Allgemeinen Diagnoseeinrichtungen zur Erkennung von externen Verkabelungs- und Lastfehlern in Form von Kurzschlüssen oder Unterbrechungen auf. Die PWM-Pausen können somit grundsätzlich als Unterbrechung detektiert werden, was zu einer Fehlererkennung führen kann.Such peak and hold circuits are useful when the solenoid valve and the control electronics are developed and sold together as a system. For solitary solenoid valves with such technology, a partial control by separate peak and hold circuits is sometimes required. The solenoid-generated PWM operation results in a pulsed current on the supply line. However, switching outputs of automotive electronics generally include diagnostic devices for detecting external cabling and load faults in the form of short circuits or open circuits. The PWM pauses can thus basically be detected as an interruption, which can lead to error detection.

Die DE 10 2006 039 945 B4 zeigt ein elektromagnetisches Ventil, das einen Elektromagneten mit zwei auf einem gemeinsamen Spulenkörper vorgesehenen, gleich ausgebildeten Drahtwicklungen aufweist. Bei der Herstellung des elektromagnetischen Ventils kann jeweils entschieden werden, ob die gleich ausgebildeten Drahtwicklungen in Reihe oder parallel geschaltet werden, indem entsprechend die Anschlüsse der Drahtwicklungen direkt oder kreuzweise miteinander verbunden werden. Hierdurch wird ein Modulsystem geschaffen, bei dem aus einem Ausgangs-System jeweils mit geringem Aufwand unterschiedliche Ventil-Typen ausbildbar sind, und zwar wahlweise ein 12 Volt-Magnetventil oder ein 24 Volt-Magnetventil, wobei nach der Herstellung die Verschaltung der Drahtwicklungen und somit der Ventiltyp jeweils festgelegt ist.The DE 10 2006 039 945 B4 shows an electromagnetic valve having an electromagnet with two provided on a common bobbin, identically formed wire windings. In the manufacture of the electromagnetic valve can be decided in each case whether the identically formed wire windings are connected in series or in parallel, by connecting the terminals of the wire windings directly or crosswise together. As a result, a modular system is created in which from a single output system with little effort different valve types are formed, either a 12 volt solenoid valve or a 24 volt solenoid valve, after the production of the wiring of the wire windings and thus the Valve type is set respectively.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, ein elektromagnetisches Ventil zu schaffen, das mit relativ geringem Aufwand einen Energie sparenden Betrieb ermöglicht. Weiterhin soll ein Herstellungsverfahren für das Ventil geschaffen werden.The invention is based on the object to provide an electromagnetic valve that allows energy-saving operation with relatively little effort. Furthermore, a manufacturing process for the valve is to be created.

Diese Aufgabe wird durch ein Elektromagnetisches Ventil (2) nach Anspruch 1 und ein Verfahren nach Anspruch xx gelöst. Die Unteransprüche beschreiben bevorzugte Weiterbildungen. Weiterhin ist ein mechatronisches Ventilmodul mit einem derartigen elektromagnetischen Ventil vorgesehen.This task is performed by an electromagnetic valve ( 2 ) according to claim 1 and a method according to claim xx. The dependent claims describe preferred developments. Furthermore, a mechatronic valve module is provided with such an electromagnetic valve.

Erfindungsgemäß wird somit vorgeschlagen, die Spule in zwei Teilspulen bzw. Drahtwicklungen aufzuteilen und diese mit elektrisch ansteuerbaren Schaltmitteln so zu verschalten, dass die Teilspulen wahlweise alternativ parallel oder in Reihe schaltbar sind. Somit sind beide Schaltstellungen jeweils möglich und einstellbar, anders als z. B. in der eingangs genannten DE 10 2006 039 945 B4 , in der die Verbindung der Teilspulen bei der Herstellung des elektromagnetischen Ventils festgelegt wird.According to the invention it is thus proposed to divide the coil into two partial coils or wire windings and to interconnect them with electrically controllable switching means such that the partial coils are alternatively alternatively switchable in parallel or in series. Thus, both switch positions are each possible and adjustable, unlike z. B. in the aforementioned DE 10 2006 039 945 B4 in which the connection of the sub-coils in the manufacture of the electromagnetic valve is determined.

Somit können die Teilspulen insbesondere in einer Anzugsphase des elektromagnetischen Ventils parallel geschaltet sein, wodurch eine hohe magnetische Anzugskraft erreicht wird; in der nachfolgenden Betriebsphase bzw. Haltephase ist eine geringere magnetische Anzugskraft erforderlich, so dass erfindungsgemäß vorgeschlagen wird, die Teilspulen nachfolgend in Reihe zu schalten.Thus, the sub-coils can be connected in parallel, in particular in a starting phase of the electromagnetic valve, whereby a high magnetic attraction force is achieved; In the subsequent operating phase or holding phase, a lower magnetic attraction force is required, so that it is proposed according to the invention to subsequently connect the partial coils in series.

Durch diese Reihenschaltung reduziert sich der Stromfluss und damit die Verlustleistung. Vorteilhafterweise gibt es für die ansteuernde Elektronik ein permanenter Stromfluss, ohne Unterbrechungen; es wird direkt von der Anzugsphase in die Haltephase umgeschaltet. Somit ist auf den Verbindungsleitungen keine Pause bzw. Zeitraum ohne Stromfluss erkennbar. Eine eventuell vorgesehene Detektionsschaltung erkennt somit keine stromfreien Zeiten, so dass die Lösung auch kompatibel ist mit einer Vielzahl von Elektronik-Ausgängen mit entsprechender Fehlererkennung.This series connection reduces the current flow and thus the power loss. Advantageously, there is a permanent current flow for the controlling electronics, without interruptions; it is switched directly from the suit phase to the hold phase. Thus, no break or period without current flow is recognizable on the connecting lines. A possibly provided detection circuit thus detects no current-free times, so that the solution is also compatible with a large number of electronic outputs with corresponding error detection.

Zwischen den Teilspulen kann insbesondere ein Potentialtrennungsmittel vorsehen, das insbesondere als Diode ausgebildet sein kann. Somit sind bei Ausbildung eines Magnetventils mit zwei Teilspulen z. B. die beiden Teilspulen mit der dazwischen geschalteten Diode in Reihe zwischen Versorgungsspannungsanschlüsse schaltbar. Die Schaltmittel dienen dazu, bei der Parallelschaltung jede der Teilspulen direkt zwischen die Versorgungsspannungsanschlüsse zu legen, dass heißt jeweils die andere Teilspule, vorzugsweise auch das Potentialtrennungsmittel, zu überbrücken. Between the partial coils can provide in particular a potential separation means, which may be formed in particular as a diode. Thus, when forming a solenoid valve with two sub-coils z. B. the two sub-coils with the intermediate diode connected in series between supply voltage connections switchable. The switching means serve to place each of the sub-coils in the parallel connection directly between the supply voltage connections, that is, in each case to bridge the other sub-coil, preferably also the potential separation means.

In der Anzugsphase schalten somit die beiden Schaltmittel durch, so dass jede der Teilspulen zwischen die Versorgungsanschlüsse gelegt ist. In der Parallelschaltung liegen die Teilspulen mit dem dazwischen liegenden Potentialtrennungsmittel in Reihe zwischen den Versorgungsspannungsanschlüssen.In the pull-in phase, the two switching devices thus switch on, so that each of the partial coils is connected between the supply connections. In the parallel connection, the partial coils with the intermediate potential separation means are connected in series between the supply voltage terminals.

Als Schaltmittel können insbesondere Transistoren vorgesehen sein. Sämtliche komplexen elektronischen Mittel, insbesondere Halbleiter- Bauelemente wie Transistoren und Dioden, können auf einem Schaltungsträger vorgesehen sein, so dass die Teilspulen entsprechend über Leitungen an den Schaltungsträger angeschlossen sind.In particular, transistors may be provided as switching means. All complex electronic means, in particular semiconductor components such as transistors and diodes, may be provided on a circuit carrier, so that the partial coils are connected via lines to the circuit carrier.

Entsprechend sind auch Ausbildungen mit mehr als zwei Teilspulen möglich, zum Beispiel drei Teilspulen, wobei zwischen je zwei Teilspulen ein Potentialtrennungsmittel vorgesehen ist und durch entsprechende Anzahl von Schaltmitteln jede der Teilspulen separat zwischen die Versorgungsspannungsanschlüsse schaltbar ist. Bei Ausbildung mit drei Teilspulen kann somit jeweils ein Schaltmittel vorgesehen sein, um eine erste Teilspule sowie entsprechend durch ein weiteres Schaltmittel eine dritte Schaltspule zwischen die Versorgungsanschlüsse zu legen. Eine mittlere Teilspule kann entsprechend durch zwei Schaltmittel zwischen die Versorgungsspannungsanschlüsse gelegt werden.Accordingly, embodiments with more than two sub-coils are possible, for example, three sub-coils, between each two sub-coils, an electrical isolation means is provided and by a corresponding number of switching means, each of the sub-coils can be switched separately between the supply voltage terminals. When training with three sub-coils can thus be provided in each case a switching means to put a first sub-coil and correspondingly by a further switching means a third switching coil between the supply terminals. A middle partial coil can be placed between the supply voltage connections by two switching means.

Erfindungsgemäß können die Teilspulen jeweils mit gleicher Induktivität bzw. gleich ausgebildet sein. Es ist jedoch auch bewusst eine asymmetrische Ausbildung bzw. Ausbildung mit unterschiedlichen Induktivitäten vorgesehen, so dass die unterschiedlichen Beschaltungen eine Vielzahl von Möglichkeiten zulassen.According to the invention, the partial coils can each be formed with the same inductance or the same. However, it is also deliberately provided an asymmetrical design or training with different inductances, so that the different circuits allow a variety of ways.

Die Teilspulen können auf dem gemeinsamen Spulenkörper axial hintereinander vorgesehen sein, wobei sie gleich oder ungleich ausgebildet sein können.The partial coils may be provided axially one behind the other on the common bobbin, wherein they may be the same or different.

Alternativ ist jedoch auch eine Ausbildung mit radial beabstandeten Teilspulen möglich, dass heißt einer inneren und einer äußeren Teilspule, gegebenenfalls kombiniert mit einer dritten, ebenfalls radial beabstandeten oder aber axial beabstandeten Teilspule. Durch die Ausbildung mit radial innerer und radial äußerer Spule kann somit der Bauraum verkürzt werden. Als dritte Möglichkeit ist auch eine gemeinsame Wicklung, dass heißt eine bifilare Ausbildung möglich, wodurch ebenfalls ein geringer Bauraum möglich ist.Alternatively, however, an embodiment with radially spaced partial coils is possible, that is, an inner and an outer partial coil, optionally combined with a third, also radially spaced or axially spaced part coil. By training with radially inner and radially outer coil thus the space can be shortened. As a third possibility is also a common winding, that is a bifilar training possible, which also a small space is possible.

Erfindungsgemäß ist ein mechatronisches Ventilmodul ausbildbar, bei der somit die mechanische Ausbildung der Ventile direkt an einem Schaltungsträger ausgebildet ist, auf dem die gesamte Elektronik kombiniert werden kann, dass heißt eine Steuereinrichtung und die Schaltmittel bzw. Potentialtrennungsmittel. Hierbei könnte auch mehr als ein elektromagnetisches Ventil angebracht sein, wobei eine gemeinsame Steuereinrichtung und ein gemeinsamer Schaltungsträger vorgesehen sein können.According to the invention, a mechatronic valve module can be formed in which the mechanical design of the valves is thus formed directly on a circuit carrier on which the entire electronics can be combined, that is, a control device and the switching means or potential separation means. In this case, more than one electromagnetic valve could be mounted, wherein a common control device and a common circuit carrier can be provided.

Die Erfindung wird im Folgenden anhand der beiliegenden Zeichnungen an einigen Ausführungsformen näher erläutert. Es zeigen:The invention will be explained in more detail below with reference to the accompanying drawings of some embodiments. Show it:

1 ein mechatronisches Ventilmodul; 1 a mechatronic valve module;

2 ein elektrisches Schaltbild eines elektromagnetischen Ventils gemäß einer Ausführungsform mit zwei separat ansteuerbaren Teilspulen; 2 an electrical circuit diagram of an electromagnetic valve according to an embodiment with two separately controllable partial coils;

3 ein elektromagnetisches Ventil (Solenoid-Ventil) gemäß einer weiteren Ausführungsform mit drei separat ansteuerbaren Teilspulen; und 3 an electromagnetic valve (solenoid valve) according to another embodiment with three separately controllable partial coils; and

4 drei verschiedene Ausbildungen der Teilspulen auf dem Spulenkörper. 4 three different configurations of the partial coils on the bobbin.

Ein mechatronisches Ventilmodul 1 weist ein elektropneumatisches Ventil 2, zum Beispiel ein 3/2-Wegeventil, einen Schaltungsträger 3 und ein Gehäuse 4 auf. Durch das Gehäuse 4 und gegebenenfalls den Schaltungsträger 3 ist das mechatronische Ventilmodul 1 somit nach außen geschützt. Das elektropneumatische Ventil 2 weist zum Beispiel drei pneumatische Anschlüsse 5a, 5b, 5c auf, von denen zum Beispiel 5a und 5b für pneumatische Druckleitungen vorgesehen sind und 5c zum Beispiel zur Entlüftung dient bzw. zu einer zentralen Entlüftung führt. Das elektropneumatische Ventil 2 weist in seinem Ventilgehäuse 6 ein Elektromagnet 7 auf, der einen Spulenkörper 7a und zwei Teilspulen (Drahtwicklungen) 8, 9, sowie im Allgemeinen einen hier angedeuteten verstellbaren Anker 12 aufweist; an dem Anker 12 ist im Allgemeinen ein Kolben befestigt bzw. mit diesem verbunden, so dass durch den Elektromagnet 7 der Anker 12 mit dem Kolben zum Beispiel gegen eine Federkraft betätigt werden, um unterschiedliche pneumatische Schaltstellungen und somit Verbindungen zwischen den pneumatischen Anschlüssen 5a, 5b, 5c zu ermöglichen.A mechatronic valve module 1 has an electropneumatic valve 2 , For example, a 3/2-way valve, a circuit carrier 3 and a housing 4 on. Through the housing 4 and optionally the circuit carrier 3 is the mechatronic valve module 1 thus protected from the outside. The electropneumatic valve 2 has, for example, three pneumatic connections 5a . 5b . 5c on, of which, for example 5a and 5b are provided for pneumatic pressure lines and 5c for example, serves for ventilation or leads to a central vent. The electropneumatic valve 2 points in its valve housing 6 an electromagnet 7 on, a bobbin 7a and two partial coils (wire windings) 8th . 9 , as well as in general a here indicated adjustable anchor 12 having; at the anchor 12 In general, a piston is attached or connected to it, so that by the electromagnet 7 the anchor 12 be operated with the piston, for example, against a spring force to different pneumatic switching positions and thus connections between the pneumatic ports 5a . 5b . 5c to enable.

Die beiden Teilspulen 8 und 9 sind separat bestrombar, wobei die Ansteuerung über eine Steuereinrichtung 16 und Schaltmittel 17, 18, insbesondere Bipolartransistoren 17, 18 erfolgt. Vorteilhafterweise sind sämtliche elektronische Einrichtungen, das heißt insbesondere die Steuereinrichtung 16, die Transistoren 17, 18 und weitere elektronische Bauelemente auf dem Schaltungsträger 3 vorgesehen. Bei der Ausbildung nach 1 sind somit Teilspulenanschlüsse 8a, 8b, 9a, 9b von dem Schaltungsträger 3 z den Wicklungen geführt. The two partial coils 8th and 9 are separately energized, the control via a control device 16 and switching means 17 . 18 , in particular bipolar transistors 17 . 18 he follows. Advantageously, all electronic devices, that is in particular the control device 16 , the transistors 17 . 18 and other electronic components on the circuit carrier 3 intended. In training after 1 are thus partial coil connections 8a . 8b . 9a . 9b from the circuit carrier 3 z led the windings.

Das elektropneumatische Ventil 2 mit seinem Ventilgehäuse 6 kann direkt auf dem Schaltungsträger 3 befestigt sein. Insbesondere kann das mechatronische Ventilmodul 1 mehrere derartige elektropneumatische Ventile 2 mit gemeinsamer Ansteuerung über eine gemeinsame Steuereinrichtung 16 aufweisen.The electropneumatic valve 2 with its valve body 6 can be directly on the circuit board 3 be attached. In particular, the mechatronic valve module 1 several such electropneumatic valves 2 with common control via a common control device 16 exhibit.

Die Teilspulen 8 und 9 wirken auf den Anker 12 in die gleiche Richtung. Sie können hierbei parallel oder auch in Reihe geschaltet sein. 2 zeigt ein Schaltbild einer entsprechenden Ansteuerung:
Die in 2 gezeigte Magnetventil-Schaltung 20 wird über Klemmen 20a, 20b angeschlossen, wobei diese Klemmen 20a, 20b direkt Versorgungsspannungs-Klemmen sein können, oder auch an eine in 2 gestrichelt eingezeichnete Ansteuerschaltung 26, die entsprechend vorteilhafterweise auf dem Schaltungsträger 3 montiert ist. Die Teilspulen 8 und 9 sind mit einer zwischengeschalteten Diode 22 zwischen die Klemmen 20a, 20b geschaltet. Die als Schaltmittel vorgesehenen Transistoren 17 und 18 dienen jeweils zur Überbrückung einer Teilspule 8 oder 9 und der Diode 22. Bei der gezeigten Ausführungsform ist der zweite Transistor 18 mit seinem Kollektor an die erste, positive Versorgungsspannungs-Klemme 20a der Versorgungsspannung +Ub und seinem Emitter an einem Anschlusspunkt 23 zwischen der Diode 22 und der zweiten Teilspule 9 angeschlossen. Entsprechend ist der erste Transistor 17 mit seinem Kollektor an einen Anschlusspunkt 24 zwischen der ersten Teilspule 8 und der Diode 22, und mit seinem Emitter an die zweite, negative Klemme 20b, d. h. Masse, angeschlossen. Die Steuereinrichtung 16 ist zur Verdeutlichung in 2 zwischen die Versorgungsspannungsklemmen 20a, 20b geschaltet. Die Steuereinrichtung 16 steuert hierbei direkt die Transistoren 17, 18 mittels Schaltsignalen S1, S2 an, dass heißt bei der gezeigten Ausbildung als Bipolartransistoren die entsprechende Basis der Transistoren 17, 18.The partial coils 8th and 9 act on the anchor 12 in the same direction. They can be connected in parallel or in series. 2 shows a circuit diagram of a corresponding control:
In the 2 shown solenoid valve circuit 20 will be over terminals 20a . 20b connected, these terminals 20a . 20b can be directly supply voltage terminals, or to an in 2 Dashed line control circuit 26 , which advantageously according to the circuit carrier 3 is mounted. The partial coils 8th and 9 are with an intermediate diode 22 between the terminals 20a . 20b connected. The transistors provided as switching means 17 and 18 each serve to bridge a partial coil 8th or 9 and the diode 22 , In the embodiment shown, the second transistor is 18 with its collector to the first, positive supply voltage terminal 20a the supply voltage + Ub and its emitter at a connection point 23 between the diode 22 and the second sub-coil 9 connected. Accordingly, the first transistor 17 with its collector to a connection point 24 between the first part coil 8th and the diode 22 , and with its emitter to the second, negative terminal 20b , ie ground, connected. The control device 16 is for clarity in 2 between the supply voltage terminals 20a . 20b connected. The control device 16 controls the transistors directly 17 . 18 by means of switching signals S1, S2, that is, in the embodiment shown as bipolar transistors, the corresponding base of the transistors 17 . 18 ,

Die Anschlusspunkte 23, 24 der 2 entsprechen somit z. B. den Teilspulenanschlüssen 8b und 9a in 1. Die entsprechende Kontaktierung mit der Steuereinrichtung 16 und den Schaltmitteln erfolgt durch Leiterbahnen auf dem Schaltungsträger 3.The connection points 23 . 24 of the 2 thus correspond to z. B. the sub coil terminals 8b and 9a in 1 , The corresponding contact with the control device 16 and the switching means takes place by conductor tracks on the circuit carrier 3 ,

Bei Betätigung des elektropneumatischen Ventils 2 ist zunächst in einer ersten Phase bzw. Anzugsphase eine hohe Kraft aufzubringen, um den Anker 12 mitsamt Kolben gegen die Federwirkung anzuziehen, d. h. mechanisch zu verstellen. In dieser Anzugsphase werden die Teilspulen 8 und 9 parallel geschaltet. Hierzu werden beide Transistoren 17, 18 ausgesteuert, dass heißt S1 = S2 = 1 bzw. auf hohem Potential, um die Bipolartransistoren (npn-Bipolartransistoren) jeweils durchzusteuern. Der zweite Transistor 18 legt somit den ersten Anschlusspunkt 23 (mit geringem Emitter-Kollektor- Durchlasswiderstand) an die erste Versorgungsspannungsklemme 20a, so dass die zweite Teilspule 9 über den zweiten Transistor 18 geschaltet ist und direkt zwischen an den Versorgungsspannungsklemmen 20a, 20b anliegt. Entsprechend schaltet der erste Transistor 17 den Anschlusspunkt 24 (bis auf geringen Kollektor-Emitter-Durchlasswiderstand) auf Masse bzw. an die negative Versorgungsspannung 20b so dass auch die erste Teilspule 8 zwischen die Versorgungsspannungsklemmen 20a, 20b gelegt ist. Die Diode 22 sperrt bei dieser Schaltung, da der Anschlusspunkt 23 im Wesentlichen auf dem positiven Versorgungsspannungspotential und der Anschlusspunkt 24 auf. Masse liegt, so dass die Diode 22 hier zur Potentialtrennung dient. Beide Teilspulen 8 und 9 sind somit parallel zwischen die Versorgungsspannung 20a, 20b geschaltet, es fließt ein erster, hoher Strom I, der Anker 12 wird mit hoher Kraft angezogen.Upon actuation of the electropneumatic valve 2 is first in a first phase or suit phase to apply a high force to the anchor 12 together with the piston against the spring action to tighten, ie to adjust mechanically. In this tightening phase, the partial coils 8th and 9 connected in parallel. For this purpose, both transistors 17 . 18 controlled, that is S1 = S2 = 1 or at a high potential to durchzuteuern the bipolar transistors (npn bipolar transistors) respectively. The second transistor 18 thus sets the first connection point 23 (with low emitter-collector on-resistance) to the first supply voltage terminal 20a so that the second part coil 9 over the second transistor 18 is switched and directly between at the supply voltage terminals 20a . 20b is applied. Accordingly, the first transistor switches 17 the connection point 24 (except for low collector-emitter forward resistance) to ground or to the negative supply voltage 20b so that also the first part coil 8th between the supply voltage terminals 20a . 20b is laid. The diode 22 locks in this circuit because the connection point 23 essentially at the positive supply voltage potential and the connection point 24 on. Ground lies, leaving the diode 22 here serves for potential separation. Both partial coils 8th and 9 are thus parallel between the supply voltage 20a . 20b switched, it flows a first, high current I, the anchor 12 is attracted with high force.

Nach Anziehen des Ankers 12 erreicht dieser seine Betätigungsstellung; das elektropneumatische Ventil 2 ist in zweite Stellung durchgeschaltet. Es ist keine mechanische Arbeit mehr zu verrichten; im Allgemeinen wird bei einseitig betätigten elektropneumatischen Ventilen 2 die Betätigung gegen eine Federspannung erfolgen, so dass in der nachfolgenden Haltephase bzw. Betätigungsphase eine geringere Anzugskraft des Elektromagneten 7 ausreicht. In dieser Phase sind die Teilspulen 8 und 9 in Reihe geschaltet. Hierzu sind die beiden Transistoren 17 und 18 ausgeschaltet, dass heißt S1 = S2 = 0; die Transistoren 17 und 18 sperren, so dass die Teilspulen 8 und 9 mit der in Durchlassrichtung geschalteten Diode 22 zwischen den Versorgungsspannungsklemmen 20a und 20b geschaltet sind. Es fließt somit ein kleinerer, zweiter Strom I durch diese Reihenschaltung.After tightening the anchor 12 this reaches its operating position; the electropneumatic valve 2 is switched through in the second position. There is no mechanical work left to do; In general, single-acting electro-pneumatic valves are used 2 the operation takes place against a spring tension, so that in the subsequent holding phase or operating phase, a lower tightening force of the electromagnet 7 sufficient. In this phase are the partial coils 8th and 9 connected in series. These are the two transistors 17 and 18 switched off, that means S1 = S2 = 0; the transistors 17 and 18 lock so that the sub-coils 8th and 9 with the diode connected in the forward direction 22 between the supply voltage terminals 20a and 20b are switched. Thus, a smaller, second current I flows through this series circuit.

3 zeigt eine Ausführungsform mit drei Teilspulen 8, 9 und 10, vier Transistoren 17, 18, 19 und 21 und entsprechend zwei Dioden 22 und 25. Durch die Teilspulen 8, 9 und 10 und die zwischengeschalteten Dioden 22 und 25 wird wiederum eine Reihenschaltung zwischen den Versorgungsspannungsklemmen 20a, 20b ausgebildet. 3 shows an embodiment with three sub-coils 8th . 9 and 10 , four transistors 17 . 18 . 19 and 21 and correspondingly two diodes 22 and 25 , Through the partial coils 8th . 9 and 10 and the intermediate diodes 22 and 25 will in turn be a series connection between the supply voltage terminals 20a . 20b educated.

In der Anzugsphase werden mit S1 = S2 = S3 = S4 = 1 sämtliche Transistoren 17, 18, 19, 21 durchgeschaltet. Somit werden die drei Teilspulen 8, 9 und 10 parallel geschaltet, indem der erste Transistor 17 die Bauteile 22, 10, 25 und 9 überbrückt und die erste Teilspule 17 bestromt, der zweite Transistor 18 die Bauteile 8, 22, 10, 25 überbrückt und die zweite Teilspule 9 bestromt, und der dritte Transistor 19 die Bauteile 8, 22 überbrückt sowie der vierte Transistor 21 die Bauteile 25, 9 überbrückt und somit auch die Anschlüsse der dritten Teilspule 10 direkt an die Versorgungsspannungsklemmen 20a, 20b legt und somit die dritte Teilspule 10 bestromt. Jede Teilspule 8, 9, 10 wird somit direkt an die Versorgungsspannungsklemmen 20a, 20b gelegt, so dass in 3 jeweils der untere Anschlusspunkt jeder Teilspule 8, 9, 10 auf Masse und der obere Anschlusspunkt jeder Teilspule 8, 9, 10 auf der positiven Versorgungsspannung liegt und somit beide Dioden 22, 25 sperren.In the starting phase, all transistors become S1 = S2 = S3 = S4 = 1 17 . 18 . 19 . 21 connected through. Thus, the three sub-coils 8th . 9 and 10 connected in parallel by the first transistor 17 the components 22 . 10 . 25 and 9 bridged and the first part coil 17 energized, the second transistor 18 the components 8th . 22 . 10 . 25 bridged and the second part coil 9 energized, and the third transistor 19 the components 8th . 22 bridged as well as the fourth transistor 21 the components 25 . 9 bridges and thus also the connections of the third part coil 10 directly to the supply voltage terminals 20a . 20b puts and thus the third part coil 10 energized. Each partial coil 8th . 9 . 10 is thus directly connected to the supply voltage terminals 20a . 20b put so that in 3 in each case the lower connection point of each partial coil 8th . 9 . 10 on earth and the upper connection point of each partial coil 8th . 9 . 10 is on the positive supply voltage and thus both diodes 22 . 25 lock.

In der nachfolgenden Haltephase wird S1 = S2 = S3 = S4 = 0 ausgegeben, d. h. die Basis der Transistoren 17, 18, 19, 21 auf Masse gelegt, so dass diese sperren. Somit wird die Reihenschaltung der Teilspulen 8, 9 und 10 bestromt.In the following holding phase S1 = S2 = S3 = S4 = 0 is output, ie the base of the transistors 17 . 18 . 19 . 21 grounded so they lock up. Thus, the series connection of the partial coils 8th . 9 and 10 energized.

In 2 und 3 können von der Steuereinrichtung 16 auch jeweils eine Leitung für ein gemeinsames Steuersignal S ausgehen, da sämtliche Transistoren immer gleich angesteuert werden.In 2 and 3 can from the controller 16 each one line for a common control signal S go out, since all transistors are always driven the same.

Wie bereits oben ausgeführt sind in diesen Schaltungen der 2, 3 die Halbleiter-Bauelemente 17, 18, 19, 21, 22, 25 vorteilhafterweise auf dem Schaltungsträger 3 angeordnet; sie können als diskrete bzw. separate Bauelemente vorgesehen sein, oder auch in einer integrierten Ansteuerschaltung.As already stated above, in these circuits the 2 . 3 the semiconductor devices 17 . 18 . 19 . 21 . 22 . 25 advantageously on the circuit carrier 3 arranged; they may be provided as discrete or separate components, or in an integrated drive circuit.

Vorteilhafterweise wird kein PWM zur Ansteuerung benutzt. Die Schaltsignale S1 bis S4 stehen jeweils durchgehend auf 1 oder 0, d. h. auf der positiven Versorgungsspannung der Versorgungsspannungsklemme 20a oder auf Masse bzw. der negativen Versorgungsspannung der Versorgungsspannungsklemme 20b.Advantageously, no PWM is used for driving. The switching signals S1 to S4 are in each case continuously at 1 or 0, ie at the positive supply voltage of the supply voltage terminal 20a or to ground or the negative supply voltage of the supply voltage terminal 20b ,

Die Ausbildung und Anordnung der Teilspulen 8, 9 in 2 bzw. 8, 9, 10 in 3 zueinander kann unterschiedlich erfolgen:
4 zeigt in a) eine Anordnung der beiden Teilspulen 8 und 9 in Axialrichtung versetzt auf dem gemeinsamen Spulenkörper 7a;
in b) eine konzentrische Anordnung, dass heißt die beiden Teilspulen 8 und 9 sind übereinander gewickelt, insbesondere aufeinander gewickelt, dass heißt zum Beispiel die erste Teilspule 8 liegt radial innen und die zweite Teilspule 9 radial außen
in c) ist eine bifilare Wicklung vorgesehen, dass heißt die Drähte der Teilspule 8 und 9 sind gemeinsam gewickelt.The design and arrangement of the partial coils 8th . 9 in 2 respectively. 8th . 9 . 10 in 3 to each other can be done differently:
4 shows in a) an arrangement of the two sub-coils 8th and 9 offset in the axial direction on the common bobbin 7a ;
in b) a concentric arrangement, that is the two partial coils 8th and 9 are wound on each other, in particular wound on each other, that is, for example, the first part coil 8th lies radially inward and the second part coil 9 radially outside
in c) a bifilar winding is provided, that is to say the wires of the partial coil 8th and 9 are wrapped together.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

DE 102006039945 B4 [0005, 0008]

Zitierte Nicht-PatentliteraturCited non-patent literature

Herbert Sax: "Low-loss actuation of actuators", Electronics 23, 13.11.1987 [0003]

Claims

Electromagnetic valve ( 2 ), in particular electropneumatic valve ( 2 ) for a compressed air system, wherein the electromagnetic valve ( 2 ) at least: an electromagnet ( 7 ) with a bobbin ( 7a ) and at least two on the bobbin ( 7a ) provided partial coils ( 8th . 9 ), characterized in that electrically controllable switching means ( 17 . 18 . 21 ) are provided, which are adjustable by electrical control signals (S1, S2, S3, S4) in at least a first switching position or a second switching position, wherein the at least two partial coils ( 8th . 9 ) by the switching means ( 17 . 18 . 21 ) are connected in parallel in a first switching position and are connected in series in a second switching position.

Electromagnetic valve ( 2 ) according to claim 1, characterized in that between the two partial coils ( 8th . 9 ) a potential separation means, in particular a diode ( 22 . 25 ), wherein in the first switching position with parallel connection of the at least two partial coils ( 8th . 9 ) the potential separation agent ( 22 ) and the at least two switching means ( 17 . 18 . 19 . 21 ) the connections of each partial coil ( 8th . 9 . 10 ) in each case to supply voltage connections ( 20a . 20b ), and in the second switching position when connected in series, the potential separation means ( 22 . 25 ) and with blocking circuit means ( 17 . 18 . 19 . 21 ) the partial coils ( 8th . 9 . 10 ) in series between the supply voltage terminals ( 20a . 20b ) are switched.

Electromagnetic valve ( 2 ) according to claim 2, characterized in that it has more than two partial coils ( 8th . 9 . 10 ), wherein in each case between two partial coils ( 8th . 9 . 10 ) a potential separation agent ( 22 . 25 ) is provided and by at least one switching means ( 17 . 18 . 19 . 21 ) each of the partial coils ( 8th . 9 . 10 ) separately between the supply voltage connections ( 20a . 20b ) is switchable to form the parallel circuit, and in the series circuit, the partial coils ( 8th . 9 . 10 ) with the potential separation means ( 22 . 25 ) in series between the supply voltage terminals ( 20a . 20b ) are switched.

Electromagnetic valve ( 2 ) according to any one of the preceding claims, characterized in that it further comprises a through the electromagnet ( 7 ) adjustable anchor ( 12 ) and pneumatic connections ( 5a . 5b . 5c ) for connection to compressed air lines, wherein the pneumatic connections ( 5a . 5b . 5c ) are each connected differently in the switching positions.

Electromagnetic valve ( 2 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the partial coils ( 8th . 9 . 10 ) are formed with different inductances and / or different geometric design.

Electromagnetic valve ( 2 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the at least two partial coils ( 8th . 9 . 10 ) axially one behind the other on the common bobbin ( 7a ) are provided.

Electromagnetic valve ( 2 ) according to one of claims 1 to 5, characterized in that the at least two partial coils ( 8th . 9 . 10 ) radially spaced on the common bobbin ( 7a ) are provided, in particular as inner winding and outer winding.

Electromagnetic valve ( 2 ) according to one of claims 1 to 5, characterized in that the at least two partial coils ( 8th . 9 . 10 ) bifilar to the bobbin ( 7a ) are wound.

Electromagnetic valve ( 2 ) according to one of the preceding claims, characterized in that it has a control device ( 16 ) for the electrical control of the at least two switching means ( 17 . 18 . 19 . 21 ) having.

Valve module ( 1 ), in particular mechatronic valve module ( 1 ) comprising at least one electromagnetic valve ( 2 ) according to one of the preceding claims, a control device ( 16 ) for controlling the switching means ( 17 . 18 . 19 . 21 ) with electrical control signals (S1, S2, S3, S4), a circuit carrier ( 3 ) on which the control device ( 16 ), the switching means ( 17 . 18 . 19 . 21 ) and preferably the potential separation agents ( 22 . 25 ) are mounted.

Valve module ( 1 ) according to claim 10, characterized in that it comprises a plurality of electromagnetic valves ( 2 ) via the common control device ( 16 ) are controllable, wherein the switching means ( 17 . 18 . 19 . 21 ) of the plurality of electromagnetic valves ( 2 ) on the common circuit carrier ( 3 ) are mounted.

Valve module ( 1 ) according to claim 10 or 11, characterized in that the control device ( 16 ) the control signals (S1, S2, S3, S4) for controlling the electromagnetic valve ( 2 ) in two successive phases, wherein in a starting phase the at least two partial coils ( 8th . 9 . 10 ) in parallel between supply voltage connections ( 20a . 20b ) are connected to form a high tightening force, and in a subsequent holding phase, the at least two partial coils ( 8th . 9 . 10 ) are connected in series, wherein in both phases a constant supply voltage (Ub) is applied.

Method for operating an electromagnetic valve ( 1 ) according to one of claims 1 to 9, with at least the following steps: in a starting phase energizing a parallel connection of at least two partial coils ( 8th . 9 . 10 ) with a continuous current (I) having a higher first current intensity, in a holding phase following the starting phase, driving at least one switching device by a control signal (S1, S2, S3, S4) to form a series connection of the at least two partial coils ( 8th . 9 . 10 ) and energizing the series circuit with a continuous current (I) of a smaller second current, wherein an energization of the at least two partial coils in the attracting phase and the holding phase without a time interruption takes place, preferably with a constant supply voltage (Ub).