DE102019133007A1 - magnetic valve - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Magnetventil (10) mit erster Spule (19), bewegbarem Anker (13), Rückstellelement (18) und zwei Spuleneingängen (21, 22). Erfindungsgemäß sind eine zweite Spule (20) und zwei weitere Spuleneingänge (23, 24) vorgesehen, wobei die Spuleneingänge (21 bis 24) derart schaltbar und bestrombar sind, dass- in einer Ruhestellung keine der beiden Spulen (19, 20) bestromt ist,- in einer Schaltstellung nur eine Spule (19) bestromt ist,- in einer Haltestellung beide Spulen (19, 20) bestromt sind und elektrisch in Reihe liegen.The invention relates to a solenoid valve (10) with a first coil (19), movable armature (13), restoring element (18) and two coil inputs (21, 22). According to the invention, a second coil (20) and two further coil inputs (23, 24) are provided, the coil inputs (21 to 24) being switchable and energizable in such a way that neither of the two coils (19, 20) is energized in a rest position, - only one coil (19) is energized in one switching position, - both coils (19, 20) are energized in a holding position and are electrically in series.
Description
Die Erfindung betrifft ein Magnetventil mit erster Spule, bewegbarem Anker, Rückstellelement und zwei Spuleneingängen. Daneben betrifft die Erfindung eine Schaltungsanordnung mit Magnetventil und ein Verfahren zum Betreiben eines Magnetventils mit bewegbarem Anker, Rückstellelement und zwei Spulen. Vorzugsweise ist die Erfindung für eine Anwendung in einem Fahrzeug vorgesehen, etwa in einem Getriebe, einer Kupplung oder einer pneumatischen oder hydraulischen Anlage.The invention relates to a solenoid valve with a first coil, movable armature, return element and two coil inputs. In addition, the invention relates to a circuit arrangement with a solenoid valve and a method for operating a solenoid valve with a movable armature, restoring element and two coils. The invention is preferably intended for use in a vehicle, for example in a transmission, a clutch or a pneumatic or hydraulic system.
Magnetventile werden zum Schalten mit Strom beaufschlagt. Zum anschließenden Halten kann der Strom reduziert werden. Bekannt ist das Schalten von Magnetventilen durch Pulsweitenmodulation, siehe beispielsweise
Die Anwendung der Pulsweitenmodulation zum Halten des Ankers kann zwar grundsätzlich die aufgewendete elektrische Leistung reduzieren. Es entsteht aber durch die hohe Anzahl an Schaltoperationen eine relativ hohe thermische Belastung der für die Pulsweitenmodulation erforderlichen elektronischen Bauteile. Außerdem wird elektromagnetische Strahlung erzeugt, die abgeschirmt werden muss.The use of pulse width modulation to hold the armature can in principle reduce the electrical power used. However, the high number of switching operations creates a relatively high thermal load on the electronic components required for pulse width modulation. In addition, electromagnetic radiation is generated which must be shielded.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Schaffung eines Magnetventils, mit dem eine Leistungsreduzierung zum Halten des Ankers ohne Pulsweitenmodulation möglich ist. Analog gilt dies für die Schaltungsanordnung und das Verfahren.The object of the present invention is to create a solenoid valve with which a power reduction for holding the armature is possible without pulse width modulation. This applies analogously to the circuit arrangement and the method.
Das erfindungsgemäße Magnetventil weist die Merkmale des Anspruchs 1 auf. Insbesondere sind eine zweite Spule und zwei weitere Spuleneingänge vorgesehen, wobei die Spuleneingänge derart schaltbar und bestrombar sind, dass
- - in einer Ruhestellung keine der beiden Spulen bestromt ist,
- - in einer Schaltstellung nur eine Spule bestromt ist,
- - in einer Haltestellung beide Spulen bestromt sind und elektrisch in Reihe liegen.
- - in a rest position neither of the two coils is energized,
- - only one coil is energized in one switching position,
- - Both coils are energized in a holding position and are electrically in series.
Beide Spulen wirken auf den Anker. In Schaltstellung schaltet das Magnetventil, im Haltestellung hält der Anker seine durch das Schalten eingenommene Position. Am Magnetventil liegt eine definierte Spannung an. In Schaltstellung ist nur der Widerstand einer Spule wirksam, während die andere Spule vorzugsweise kurzgeschlossen ist, sodass ein relativ hoher Strom fließt und eine hohe Leistung aufgebracht wird. In Haltestellung liegen die beiden Spulen in Reihe, sodass die Widerstände beider Spulen wirksam sind und nur ein entsprechend geringerer Strom fließen kann.Both coils act on the armature. In the switching position, the solenoid valve switches; in the holding position, the armature holds the position assumed by the switching. A defined voltage is applied to the solenoid valve. In the switching position, only the resistance of one coil is effective, while the other coil is preferably short-circuited, so that a relatively high current flows and a high level of power is applied. In the holding position, the two coils are in series so that the resistances of both coils are effective and only a correspondingly lower current can flow.
Geometrie und elektrische Eigenschaft der Spulen, insbesondere elektrischer Widerstand und magnetischer Fluss sind an den zu bewegenden Anker und die Kraft des Rückstellelements anzupassen. Leiterquerschnitte der Spulen können gleich sein oder sich unterscheiden.The geometry and electrical properties of the coils, in particular electrical resistance and magnetic flux, must be adapted to the armature to be moved and the force of the restoring element. Conductor cross-sections of the coils can be the same or differ.
Die Spulen können Bestandteil einer gemeinsamen Wicklung sein. Mit einer entsprechend abgestimmten Aufteilung der beiden Spulen läßt sich in dem gleichen Bauraum einer Wicklung mit nur einer Spule die Wicklung mit zwei Spulen unterbringen. Die erfindungsgemäße Lösung benötigt daher keinen zusätzlichen Bauraum. Analog gilt dies für eine Ausführung mit zwei Wicklungen, die je eine Spule enthalten im Verhältnis zu einer einzigen Wicklung mit einer Spule.The coils can be part of a common winding. With a correspondingly coordinated division of the two coils, the winding with two coils can be accommodated in the same installation space of a winding with only one coil. The solution according to the invention therefore does not require any additional installation space. This applies analogously to an embodiment with two windings, each of which contains one coil in relation to a single winding with one coil.
Nach einem weiteren Gedanken der Erfindung kann ein Spuleneingang der ersten Spule mit einem Spuleneingang der zweiten Spule verbunden sein. Dadurch ist eine Reihenschaltung der beiden Spulen leicht möglich.According to a further concept of the invention, a coil input of the first coil can be connected to a coil input of the second coil. This makes it easy to connect the two coils in series.
Nach einem weiteren Gedanken der Erfindung können die beiden miteinander verbundenen Spuleneingänge mit einem gemeinsamen Anschluss verbunden sein, wobei die beiden weiteren Spuleneingänge jeweils mit einem eigenen Anschluss verbunden sind. Daraus resultieren nur drei Anschlüsse insgesamt. Dies ermöglicht eine einfache Verschaltung und Kontaktierung.According to a further concept of the invention, the two interconnected coil inputs can be connected to a common connection, the two further coil inputs each being connected to their own connection. This results in only three connections in total. This enables simple interconnection and contacting.
Nach einem weiteren Gedanken der Erfindung kann in Schaltstellung ein Strompfad parallel zur nicht bestromten Spule bestehen. Der Strom sucht den Weg des geringsten Widerstands und umgeht die Spule über den Strompfad. Dessen Widerstand ist vorzugsweise mindestens eine Größenordnung (Faktor
Nach einem weiteren Gedanken der Erfindung können die beiden Spulen konzentrisch zueinander angeordnet sein, als radial äußere Spule und innere Spule. Der Anker ist im Zentrum der Spulen vorgesehen und axial bewegbar. Vorzugsweise sind die beiden Spulen in axialer Richtung an gleicher Position.According to a further concept of the invention, the two coils can be arranged concentrically to one another, as a radially outer coil and an inner coil. The armature is provided in the center of the coils and is axially movable. The two coils are preferably in the same position in the axial direction.
Nach einem weiteren Gedanken der Erfindung kann vorgesehen sein, dass die zweite Spule die äußere Spule ist und in Schaltstellung nur die erste als innere Spule bestromt ist. Dadurch ist der wirksame Luftspalt zwischen bestromter Spule und Anker so gering wie möglich.According to a further concept of the invention, it can be provided that the second coil is the outer coil and, in the switching position, only the one first is energized as the inner coil. As a result, the effective air gap between the energized coil and armature is as small as possible.
Nach einem weiteren Gedanken der Erfindung kann vorgesehen sein, dass die Spulen axial hintereinander als obere Spule und untere Spule vorgesehen sind, wobei der bewegbare Anker aufwärts in die Haltestellung und abwärts in die Ruhestellung bewegbar ist. Vorzugsweise steckt der bewegbare Anker in der Haltestellung ganz oder überwiegend in der unteren Spule. Die Begriffe „obere Spule“ und „untere Spule“ sind bezogen auf eine Relativposition des Magnetventils mit vertikal bewegbarem Anker.According to a further concept of the invention it can be provided that the coils are provided axially one behind the other as an upper coil and a lower coil, the movable armature being movable upwards into the holding position and downwards into the rest position. In the holding position, the movable armature is preferably completely or predominantly in the lower coil. The terms “upper coil” and “lower coil” refer to a relative position of the solenoid valve with a vertically movable armature.
Nach einem weiteren Gedanken der Erfindung kann vorgesehen sein, dass in der Schaltstellung zum Bewegen des Ankers in die Haltestellung nur die untere Spule bestrombar ist.According to a further concept of the invention, it can be provided that, in the switching position for moving the armature into the holding position, only the lower coil can be energized.
Nach einem weiteren Gedanken der Erfindung kann der Anker mit einer Ventildichtung verbunden sein, welche in Ruhestellung eine Ventilöffnung verschließt. Das Magnetventil ist im unbestromten Zustand geschlossen.According to a further concept of the invention, the armature can be connected to a valve seal which closes a valve opening in the rest position. The solenoid valve is closed in the de-energized state.
Gegenstand der Erfindung ist auch eine Schaltungsanordnung mit einem Magnetventil, siehe Anspruch 10.The invention also relates to a circuit arrangement with a solenoid valve, see
Nach einem weiteren Gedanken der Erfindung kann die Schaltungsanordnung zwei Schalter aufweisen, nämlich einen ersten Schalter parallel zur zweiten Spule und einen zweiten Schalter in Reihe mit beiden Spulen und in Reihe mit dem ersten Schalter. Ist der zweite Schalter geöffnet, fließt durch beide Spulen kein Strom, das Magnetventil befindet sich in Ruhestellung. Sind beide Schalter geschlossen, fließt Strom nur durch die erste Spule, die zweite Spule wird durch den ersten Schalter überbrückt und das Magnetventil befindet sich in Schaltstellung. Ist der erste Schalter geöffnet und der zweite Schalter geschlossen, muss der Strom nacheinander durch beide Spulen fließen, sodass der Widerstand beider Spulen wirksam ist. Das Magnetventil befindet sich in Haltestellung. Zum Übergang von der Schaltstellung in die Haltestellung muss nur der erste Schalter geöffnet werden.According to a further concept of the invention, the circuit arrangement can have two switches, namely a first switch parallel to the second coil and a second switch in series with both coils and in series with the first switch. If the second switch is open, no current flows through both coils, the solenoid valve is in the rest position. If both switches are closed, current only flows through the first coil, the second coil is bridged by the first switch and the solenoid valve is in the switch position. If the first switch is open and the second switch is closed, the current must flow through both coils one after the other so that the resistance of both coils is effective. The solenoid valve is in the holding position. To transition from the switch position to the hold position, only the first switch needs to be opened.
Das erfindungsgemäße Verfahren weist die Merkmale des Anspruchs 12 auf. Insbesondere kann vorgesehen sein, dass zum Bewegen des Ankers gegen die Wirkung des Rückstellelements nur eine der Spulen bestromt wird, und dass zum anschließenden Halten des Ankers gegen die Wirkung des Rückstellelements beide Spulen bestromt werden und dabei elektrisch in Reihe liegen.The method according to the invention has the features of
Nach einem weiteren Gedanken der Erfindung kann vorgesehen sein, dass die Spulen konzentrisch als innere Spule und äußere Spule vorgesehen sind und zum Bewegen des Ankers nur die innere Spule bestromt wird.According to a further concept of the invention it can be provided that the coils are provided concentrically as an inner coil and an outer coil and only the inner coil is energized to move the armature.
Nach einem weiteren Gedanken der Erfindung kann vorgesehen sein, dass die Spulen axial hintereinander als obere Spule und untere Spule vorgesehen sind, wobei der bewegbare Anker aufwärts in die Haltestellung und abwärts in die Ruhestellung bewegt wird und wobei in der Schaltstellung zum Bewegen des Ankers in die Haltestellung nur die untere Spule bestromt wirdAccording to a further concept of the invention it can be provided that the coils are provided axially one behind the other as an upper coil and lower coil, the movable armature being moved upward into the holding position and downward into the rest position, and in the switching position for moving the armature into the Holding position only the lower coil is energized
Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung im Übrigen und aus den Patentansprüchen. Vorteilhafte Ausführungsbeispiel der Erfindung werden nachfolgend anhand von Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
-
1 ein Magnetventil mit zwei Spulen und ohne Stromfluss, -
2 eine Schaltungsanordnung mit zwei Spulen und zwei Schaltern ohne Stromfluss, -
3 das Magnetventil mit Stromfluss durch eine innere Spule, -
4 die Schaltungsanordnung mit Stromfluss durch die innere Spule, -
5 das Magnetventil mit Stromfluss durch beide Spulen, -
6 die Schaltungsanordnung mit Stromfluss durch beide Spulen, -
7 das Magnetventil analog1 , jedoch mit axial hintereinander angeordneten Spulen, -
8 das Magnetventil analog3 , jedoch mit axial hintereinander angeordneten Spulen, -
9 das Magnetventil analog5 , jedoch mit axial hintereinander angeordneten Spulen.
-
1 a solenoid valve with two coils and no current flow, -
2 a circuit arrangement with two coils and two switches without current flow, -
3rd the solenoid valve with current flow through an inner coil, -
4th the circuit arrangement with current flow through the inner coil, -
5 the solenoid valve with current flow through both coils, -
6th the circuit arrangement with current flow through both coils, -
7th the solenoid valve analog1 , but with coils arranged axially one behind the other, -
8th the solenoid valve analog3rd , but with coils arranged axially one behind the other, -
9 the solenoid valve analog5 , but with coils arranged axially one behind the other.
Ein Magnetventil
Der bewegliche Anker
Außerhalb der Hülse
Die innere Spule
Parallel zur äußeren Spule
In der Schaltungsanordnung
In eine in den
Nach dem Schalten des Magnetventils
Im Verhältnis zu einem Magnetventil mit nur einer Spule wird in der hier vorgesehenen Ausführung mit zwei Spulen für das Halten des Ankers in der Haltestellung nur etwa die Hälfte des in Schaltstellung wirksamen Anzugsstromes benötigt. Dabei ergibt sich von der Schaltstellung zur Haltestellung und bei vorzugsweise gleichen Windungszahlen n1, n2 und gleichen Widerständen
Daraus wird deutlich, dass durch die Zuschaltung der äußeren Spule
In der Praxis können Windungszahlen n1, n2 und Widerstände
Bei der Ausbildung einer Wicklung mit zwei Spulen in dem gleichen Wickelraum wie bei einem Magnetventil mit nur einer Spule können so Strom und Aufnahmeleistung in der Haltestellung deutlich reduziert werden. Aus der Gleichung 2 ergibt sich für die Durchflutung AW in Haltestellung ein höherer Wert als benötigt, jedoch halbiert sich die Aufnahmeleistung bei gleichen Windungszahlen n1 und n2.With the formation of a winding with two coils in the same winding space as with a solenoid valve with only one coil, the current and power consumption in the holding position can be significantly reduced. Equation 2 results in a higher value for the flow AW in the holding position than required, but the power consumption is halved with the same number of turns n1 and n2.
Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Lösung ist, dass durch die reduzierte Leistungsaufnahme eine längere Ansteuerung (Einschaltdauer) möglich ist als bei einer Ein-Spulen-Wicklung. In einem konkreten Beispiel kann eine Ein-Spulenwicklung eine Leistungsaufnahme von 17 Watt haben. Bei einer Zwei-Spulen-Wicklung im gleichen Bauraum kann die Spule
Die
Die dargestellten Schaltungsanordnungen oder Magnetventile sind vorzugsweise in einem Fahrzeug vorgesehen, etwa in einem Getriebe, einer Kupplung oder einer pneumatischen oder hydraulischen Anlage. Eine besonders bevorzugte Anwendung betrifft Getriebesteller in automatisierten Schaltgetrieben.The circuit arrangements or solenoid valves shown are preferably provided in a vehicle, for example in a transmission, a clutch or a pneumatic or hydraulic system. A particularly preferred application relates to gear actuators in automated manual transmissions.
BezugszeichenlisteList of reference symbols
- 1010
- Magnetventilmagnetic valve
- 1111
- Gehäusecasing
- 1212th
- FestankerFixed anchor
- 1313th
- beweglicher Ankermovable anchor
- 1414th
- HülseSleeve
- 1515th
- StützplatteSupport plate
- 1616
- DichtelementSealing element
- 1717th
- VentilöffnungValve opening
- 1818th
- RückstellfederReturn spring
- 1919th
- innere Spuleinner coil
- 2020th
- äußere Spuleouter coil
- 2121
- Spuleneingang (innere Spule)Coil input (inner coil)
- 2222nd
- Spuleneingang (innere Spule)Coil input (inner coil)
- 2323
- Spuleneingang (äußere Spule)Coil input (outer coil)
- 2424
- Spuleneingang (äußere Spule)Coil input (outer coil)
- 2525th
- gemeinsamer Anschlusscommon connection
- 2626th
- äußerer Anschlussexternal connection
- 2727
- äußerer Anschlussexternal connection
- 2828
- erster Schalterfirst switch
- 2929
- zweiter Schaltersecond switch
- 3030th
- Schaltungsanordnung Circuit arrangement
- R1R1
-
Widerstand der Spule 19
Coil resistance 19 - R2R2
-
Widerstand der Spule 20Resistance of
coil 20 - UeUe
- EingangsspannungInput voltage
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturPatent literature cited
- US 6592192 B1 [0002]US 6592192 B1 [0002]
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- 2019-12-04 DE DE102019133007.6A patent/DE102019133007A1/en active Pending
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