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 US 6,592,192 B1 . Offenbart ist ein Schaltkreis mit Magnetventilen für ein Antiblockiersystem in einer hydraulischen Bremsanlage. Allerdings dient dort die Pulsweitenmodulation einem pulsierenden Betrieb des Magnetventils, nicht primär einer Leistungsreduzierung zum Halten des Ankers nach dem Schalten.Solenoid valves are energized for switching. The current can be reduced for subsequent holding. It is known to switch solenoid valves by pulse width modulation, see for example US 6,592,192 B1 . Disclosed is a circuit with solenoid valves for an anti-lock braking system in a hydraulic brake system. However, there the pulse width modulation serves a pulsating operation of the solenoid valve, not primarily a power reduction to hold the armature after switching.

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.
The solenoid valve according to the invention has the features of claim 1. In particular, a second coil and two further coil inputs are provided, the coil inputs being switchable and energizable in such a way that
  • - 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 10) oder zwei Größenordnungen geringer als der Widerstand der Spule, so dass die Spule faktisch nicht bestromt ist.According to a further concept of the invention, a current path can exist parallel to the non-energized coil in the switching position. The current seeks the path of least resistance and bypasses the coil via the current path. Its resistance is preferably at least one order of magnitude (factor 10 ) or two orders of magnitude lower than the resistance of the coil, so that the coil is in fact not energized.

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 claim 10.

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 claim 12. In particular, it can be provided that only one of the coils is energized to move the armature against the action of the reset element, and that both coils are energized to subsequently hold the armature against the effect of the reset element and are electrically in series.

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 analog 1, jedoch mit axial hintereinander angeordneten Spulen,
  • 8 das Magnetventil analog 3, jedoch mit axial hintereinander angeordneten Spulen,
  • 9 das Magnetventil analog 5, jedoch mit axial hintereinander angeordneten Spulen.
Further features of the invention emerge from the description and the claims. Advantageous exemplary embodiments of the invention are explained in more detail below with reference to drawings. Show it:
  • 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 analog 1 , but with coils arranged axially one behind the other,
  • 8th the solenoid valve analog 3rd , but with coils arranged axially one behind the other,
  • 9 the solenoid valve analog 5 , but with coils arranged axially one behind the other.

Ein Magnetventil 10 weist ein Gehäuse 11 mit einem Festanker 12 und einem beweglichen Anker 13 auf, wobei die Anker 12, 13 koaxial zueinander angeordnet sind und der bewegliche Anker 13 in axialer Richtung bewegbar ist. Teil des Gehäuses 11 ist eine Hülse 14, in der die Anker 12, 13 gehalten bzw. bewegbar sind.A solenoid valve 10 has a housing 11 with a fixed anchor 12th and a movable anchor 13th on, taking the anchor 12th , 13th are arranged coaxially to each other and the movable armature 13th is movable in the axial direction. Part of the housing 11 is a sleeve 14th in which the anchor 12th , 13th are held or movable.

Der bewegliche Anker 13 ist außerhalb der Hülse 14 mit einer Stützplatte 15 und einem Dichtelement 16 versehen, welches eine zu den Ankern 12, 13 koaxiale Ventilöffnung 17 abdichten kann. In 1 ist dementsprechend eine Dichtposition gezeigt, in der der bewegliche Anker 13 vom Festanker 12 einen deutlichen axialen Abstand aufweist und das Dichtelement 16 an der Ventilöffnung 17 anliegt. Erreicht wird die in 1 gezeigte Dichtposition durch Druck einer Rückstellfeder 18 als Rückstellelement für den beweglichen Anker 13. Dabei ist die Rückstellfeder 18 hier eine Spiralfeder, die außen auf dem beweglichen Anker 13 sitzt und einerseits gegen das Gehäuse 11 drückt und andererseits gegen die den Anker 13 radial außen überragende Stützplatte 15.The moving anchor 13th is outside the sleeve 14th with a support plate 15th and a sealing element 16 provided which one to the anchors 12th , 13th coaxial valve opening 17th can seal. In 1 is accordingly shown a sealing position in which the movable armature 13th from the anchor 12th has a clear axial distance and the sealing element 16 at the valve opening 17th is present. The in 1 Sealing position shown by pressure of a return spring 18th as a return element for the movable armature 13th . Here is the return spring 18th here a spiral spring on the outside of the movable armature 13th sits and on the one hand against the housing 11 presses and on the other hand against the anchor 13th support plate protruding radially on the outside 15th .

Außerhalb der Hülse 14 nimmt das Gehäuse 11 eine radial innere Spule 19 und eine äußere Spule 20 auf. Die Spulen 19, 20 sind vorzugsweise so angeordnet, dass sie die beiden Anker 12, 13 ganz oder überwiegend umfassen. Das heißt, einer der Anker 12, 13 oder beide zusammen stehen nur geringfügig aus der Kontur der Spulen 19, 20 in axialer Richtung hervor, vorzugsweise in Richtung auf die Ventilöffnung 17. Insbesondere ist die axiale Länge der Anker 12, 13 zusammen größer als die axiale Länge jeder Spule 19, 20.Outside the sleeve 14th takes the case 11 a radially inner coil 19th and an outer coil 20th on. The spools 19th , 20th are preferably arranged so that they hold the two anchors 12th , 13th include wholly or predominantly. That is, one of the anchors 12th , 13th or both together are only slightly out of the contour of the coils 19th , 20th in the axial direction, preferably in the direction of the valve opening 17th . In particular, the axial length of the armature 12th , 13th together greater than the axial length of each coil 19th , 20th .

Die innere Spule 19 weist zwei Spuleneingänge 21, 22 auf. Analog dazu weist die äußere Spule 20 zwei Spuleneingänge 23, 24 auf. Dabei sind die Spuleneingänge 22, 23 mit einem gemeinsamen Anschluss 25 verbunden, während die Spuleneingänge 21, 24 jeweils einen eigenen, äußeren Anschluss 26, 27 aufweisen.The inner coil 19th has two coil inputs 21 , 22nd on. Analogously, the outer coil has 20th two coil inputs 23 , 24 on. Here are the coil inputs 22nd , 23 with a common port 25th connected while the coil inputs 21 , 24 each with its own external connection 26th , 27 exhibit.

Parallel zur äußeren Spule 20 ist zwischen die Anschlüsse 25, 27 ein erster Schalter 28 geschaltet. Am Anschluss 27 ist außerdem ein zweiter Schalter 29 angeschlossen, nämlich in Reihe mit den beiden Spulen 19, 20 und zugleich in Reihe mit dem ersten Schalter 28, siehe Schaltungsanordnung 30.Parallel to the outer coil 20th is between the connectors 25th , 27 a first switch 28 switched. At the connection 27 is also a second switch 29 connected, namely in series with the two coils 19th , 20th and at the same time in series with the first switch 28 , see circuit arrangement 30th .

In der Schaltungsanordnung 30 der 2 liegt eine Eingangsspannung Ue zwischen dem äußeren Anschluss 26 und dem zweiten Schalter 29 an. Da dort der zweite Schalter 29 geöffnet ist, wird keine der beiden Spulen 19, 20 bestromt. Festanker 12 und beweglicher Anker 13 sind durch die Wirkung der Rückstellfeder 18 auseinander bewegt, siehe 1. Magnetventil 10 und Schaltungsanordnung 30 befinden sich in einer Ruhestellung.In the circuit arrangement 30th the 2 there is an input voltage Ue between the outer connector 26th and the second switch 29 at. There the second switch 29 is open, neither coil will 19th , 20th energized. Fixed anchor 12th and movable anchor 13th are due to the action of the return spring 18th moved apart, see 1 . magnetic valve 10 and circuit arrangement 30th are in a rest position.

In eine in den 3 und 4 dargestellten Schaltstellung sind beide Schalter 28, 29 geschlossen. Infolge dessen ist nur die innere Spule 19 bestromt, während die äußere Spule 20 durch den ersten Schalter 28 überbrückt ist. Wirksam ist nur der Widerstand der inneren Spule 19. Es ergibt sich eine für magnetische Spulen maßgebliche magnetische Durchflutung AW nur in Abhängigkeit von der Eingangsspannung, dem elektrischen Widerstand R1 der inneren Spule 19 und deren Windungszahl n1: AW Schaltstellung = Ue/R1 × n1

Figure DE102019133007A1_0001
In one in the 3rd and 4th The switch position shown are both switches 28 , 29 closed. As a result, there is only the inner coil 19th energized while the outer coil 20th through the first switch 28 is bridged. Only the resistance of the inner coil is effective 19th . A magnetic flux AW, which is decisive for magnetic coils, results only as a function of the input voltage, the electrical resistance R1 the inner coil 19th and their number of turns n1: AW Switch position = Ue / R1 × n1
Figure DE102019133007A1_0001

Nach dem Schalten des Magnetventils 10 genügt eine geringere Kraft um den beweglichen Anker 13 in der in den 3 und 5 gezeigten angehobenen Position zu halten. Deswegen wird der erste Schalter 28 geöffnet und der zweite Schalter 29 bleibt geschlossen, sodass der gesamte Strom durch beide Spulen 19, 20 fließen muss. Entsprechend sind die Widerstände R1, R2 und Windungszahlen n1, n2 beider Spulen 19, 20 relevant. Als Durchflutung AW für die in den 5, 6 gezeigte Haltestellung ergibt sich: AW Haltestellung = Ue/ ( R1 + R2 ) × ( n1 + n2 )

Figure DE102019133007A1_0002
After switching the solenoid valve 10 a smaller force around the movable armature is sufficient 13th in the in the 3rd and 5 in the raised position shown. That's why the first switch 28 opened and the second switch 29 stays closed so all of the current goes through both coils 19th , 20th must flow. The resistances are accordingly R1 , R2 and number of turns n1, n2 of both coils 19th , 20th relevant. As a flooding AW for those in the 5 , 6th shown holding position results: AW Holding position = Ue / ( R1 + R2 ) × ( n1 + n2 )
Figure DE102019133007A1_0002

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 R1, R2 folgendes Verhältnis der Ströme: I Schaltstellung / I Haltestellung = 2

Figure DE102019133007A1_0003
In relation to a solenoid valve with only one coil, in the version provided here with two coils for holding the armature in the holding position only about half of the starting current effective in the switching position is required. This results from the switching position to the holding position and preferably with the same number of turns n1, n2 and the same resistances R1 , R2 the following ratio of the currents: I. Switch position / I. Holding position = 2
Figure DE102019133007A1_0003

Daraus wird deutlich, dass durch die Zuschaltung der äußeren Spule 20 in der Haltestellung eine erhebliche Energieeinsparung möglich ist. Mögliche Wärmeverluste werden reduziert. Die bei einer Pulsweitenmodulation entstehende hohe thermische Belastung elektronischer Bauteile wird vermieden.From this it is clear that by switching on the outer coil 20th Considerable energy savings are possible in the holding position. Possible heat losses are reduced. The high thermal load on electronic components resulting from pulse width modulation is avoided.

In der Praxis können Windungszahlen n1, n2 und Widerstände R1, R2 unterschiedlich ausgebildet sein. Erforderlich ist eine Abstimmung der Spulen 19, 20 auf die Eingangsspannung Ue und die Kraft der Rückstellfeder 18. Ein sicheres Umschalten aus der Ruhestellung in die Schaltstellung und das Halten der Haltestellung müssen gewährleistet sein. Jedenfalls kann der für die Beibehaltung der Haltestellung erforderliche Haltestrom deutlich niedriger sein als der für das Schalten aus der Ruhestellung in die Schaltstellung erforderliche Anzugstrom.In practice, numbers of turns can be n1, n2 and resistances R1 , R2 be designed differently. It is necessary to coordinate the coils 19th , 20th on the input voltage Ue and the force of the return spring 18th . A safe switchover from the rest position to the switch position and the holding of the holding position must be guaranteed. In any case, the holding current required to maintain the holding position can be significantly lower than the starting current required for switching from the rest position to the switching position.

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 19 zum Anziehen 26 Watt und die weitere Spule 20 14 Watt Leistungsaufnahme haben. Durch die Reihenschaltung verringert sich die Leistungsaufnahme im Haltebetrieb auf 12 Watt.Another advantage of the solution according to the invention is that, due to the reduced power consumption, a longer activation (duty cycle) is possible than with a single-coil winding. In a specific example, a single Coil winding have a power consumption of 17 watts. With a two-coil winding in the same installation space, the coil 19th to wear 26th Watt and the other coil 20th 14th Watts of power consumption. The series connection reduces the power consumption in holding mode to 12 watts.

Die 7, 8, 9 zeigen eine alternative Ausführungsform des Magnetventils 10. Die Bezugsziffern der 1, 3, 5 wurden übernommen. Die Spulen 19, 20 sind nicht radial innen und außen angeordnet, sondern radial gleich und axial hintereinander positioniert. Dabei ist die in Schaltstellung wirksame Spule 19 auf Höhe des bewegbaren Ankers 13 angeordnet und die andere Spule 20 auf Höhe des Festankers 12. Vorzugsweise erstreckt sich der bewegbare Anker 13 in Haltestellung durch die Spule 19 vollständig hindurch. In Ruhestellung ragt ein kleiner Abschnitt des Ankers 13 aus der Spule 19 heraus in Richtung auf die Ventilöffnung 17. Die Schaltungsanordnungen der 2, 4, 6 gelten auch für die Magnetventile der 7, 8, 9.The 7th , 8th , 9 show an alternative embodiment of the solenoid valve 10 . The reference numbers of the 1 , 3rd , 5 were taken over. The spools 19th , 20th are not arranged radially inside and outside, but positioned radially the same and axially one behind the other. The effective coil is in the switching position 19th at the height of the movable anchor 13th arranged and the other coil 20th at the height of the anchor 12th . Preferably the movable armature extends 13th in the holding position by the coil 19th completely through. In the rest position, a small section of the anchor protrudes 13th out of the coil 19th out towards the valve opening 17th . The circuit arrangements of the 2 , 4th , 6th also apply to the solenoid valves of the 7th , 8th , 9 .

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 19Coil 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]

Claims (14)

Magnetventil (10) mit erster Spule (19), bewegbarem Anker (13), Rückstellelement (18) und zwei Spuleneingängen (21, 22), gekennzeichnet durch eine zweite Spule (20) und zwei weitere Spuleneingänge (23, 24), 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.Solenoid valve (10) with first coil (19), movable armature (13), restoring element (18) and two coil inputs (21, 22), characterized by a second coil (20) and two further coil inputs (23, 24), the Coil inputs (21 to 24) can be switched and energized in such a way that - none of the two coils (19, 20) is energized in a rest position, - only one coil (19) is energized in a switching position, - both coils (19) in a holding position , 20) are energized and are electrically in series. Magnetventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Spuleneingang (22) der ersten Spule (19) mit einem Spuleneingang (23) der zweiten Spule (20) verbunden ist.Solenoid valve after Claim 1 , characterized in that a coil input (22) of the first coil (19) is connected to a coil input (23) of the second coil (20). Magnetventil nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden miteinander verbundenen Spuleneingänge (22, 23) mit einem gemeinsamen Anschluss (25) verbunden sind und dass die beiden weiteren Spuleneingänge (21, 24) jeweils mit einem eigenen Anschluss (26, 27) verbunden sind.Solenoid valve after Claim 2 , characterized in that the two interconnected coil inputs (22, 23) are connected to a common connection (25) and that the two further coil inputs (21, 24) are each connected to their own connection (26, 27). Magnetventil nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass in Schaltstellung ein Strompfad parallel zur nicht bestromten Spule (20) besteht.Solenoid valve according to one of the Claims 1 to 3rd , characterized in that in the switching position there is a current path parallel to the non-energized coil (20). Magnetventil nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Spulen (19, 20) konzentrisch angeordnet sind, als radial äußere Spule (20) und innere Spule (19).Solenoid valve according to one of the Claims 1 to 4th , characterized in that the two coils (19, 20) are arranged concentrically, as a radially outer coil (20) and an inner coil (19). Magnetventil nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Spule (20) die äußere Spule ist und in Schaltstellung nur die erste Spule (19) als innere Spule bestromt ist.Solenoid valve after Claim 5 , characterized in that the second coil (20) is the outer coil and in the switching position only the first coil (19) is energized as the inner coil. Magnetventil nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Spulen (19, 20) axial hintereinander als obere Spule (20) und untere Spule (19) vorgesehen sind, wobei der bewegbare Anker (13) aufwärts in die Haltestellung und abwärts in die Ruhestellung bewegbar ist. und in der Haltestellung ganz oder überwiegend in der unteren Spule (19) steckt,Solenoid valve according to one of the Claims 1 to 4th , characterized in that the coils (19, 20) are provided axially one behind the other as an upper coil (20) and lower coil (19), the movable armature (13) being movable upwards into the holding position and downwards into the rest position. and in the holding position it is wholly or predominantly in the lower coil (19), Magnetventil nach Anspruche 7, dadurch gekennzeichnet, dass in der Schaltstellung zum Bewegen des Ankers (13) in die Haltestellung nur die untere Spule (19) bestrombar ist.Solenoid valve after Claims 7 , characterized in that in the switching position for moving the armature (13) into the holding position only the lower coil (19) can be energized. Magnetventil nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der bewegliche Anker (13) mit einer Ventildichtung (16) verbunden ist, welche in Ruhestellung eine Ventilöffnung (17) verschließt.Solenoid valve according to one of the Claims 1 to 6th , characterized in that the movable armature (13) is connected to a valve seal (16) which closes a valve opening (17) in the rest position. Schaltungsanordnung (30) mit einem Magnetventil (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 7.Circuit arrangement (30) with a solenoid valve (10) according to one of the Claims 1 to 7th . Schaltungsanordnung nach Anspruch 8, gekennzeichnet durch zwei Schalter (28, 29), nämlich einen ersten Schalter (28) parallel zur zweiten Spule (20) und einem zweiten Schalter (29) in Reihe mit beiden Spulen (19, 20) und in Reihe mit dem ersten Schalter (28).Circuit arrangement according to Claim 8 , characterized by two switches (28, 29), namely a first switch (28) parallel to the second coil (20) and a second switch (29) in series with both coils (19, 20) and in series with the first switch ( 28). Verfahren zum Betreiben eines Magnetventils (10) mit bewegbarem Anker (13), Rückstellelement (18) und zwei Spulen (19, 20), wobei zum Bewegen des beweglichen Ankers (13) gegen die Wirkung des Rückstellelements (18) nur eine der Spulen (19, 20) bestromt wird, und dass zum anschließenden Halten des Ankers (13) gegen die Wirkung des Rückstellelements (18) beide Spulen (19, 20) bestromt werden und diese dabei elektrisch in Reihe legen.Method for operating a solenoid valve (10) with a movable armature (13), a restoring element (18) and two coils (19, 20), wherein only one of the coils ( 19, 20) is energized, and that both coils (19, 20) are energized to subsequently hold the armature (13) against the action of the restoring element (18) and thereby place them electrically in series. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Spulen (19, 20) konzentrisch als innere Spule (19) und äußere Spule (20) vorgesehen sind und zum Bewegen des Ankers (13) nur die innere Spule (19) bestromt wird.Procedure according to Claim 12 , characterized in that the coils (19, 20) are provided concentrically as inner coil (19) and outer coil (20) and only the inner coil (19) is energized to move the armature (13). Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Spulen (19, 20) axial hintereinander als obere Spule (20) und untere Spule (19) vorgesehen sind, wobei der bewegbare Anker (13) aufwärts in die Haltestellung und abwärts in die Ruhestellung bewegt wird und wobei in der Schaltstellung zum Bewegen des Ankers (13) in die Haltestellung nur die untere Spule (19) bestromt wird.Procedure according to Claim 12 , characterized in that the coils (19, 20) are provided axially one behind the other as an upper coil (20) and lower coil (19), the movable armature (13) being moved upwards into the holding position and downwards into the rest position and wherein in the switching position for moving the armature (13) into the holding position only the lower coil (19) is energized.
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