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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Steuern einer Ventilvorrichtung mit mindestens zwei Schaltpositionen, insbesondere eines Abschaltventils und/oder Umschaltventils welches in einem Haushaltsgerät einsetzbar ist. Des Weiteren betrifft die Erfindung eine Ventilvorrichtung sowie ein Haushaltsgerät.
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Bei Waschmaschinen kann je nach Anwendungsgebiet im Bereich der Waschmitteleinspülschalen eine aktiv gelenkte Wasserströmung eingebracht werden, um mehrere Waschmittelkammern der Waschmitteleinspülschale einzeln mit der Wasserströmung auszuspülen.
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Es sind bereits Lösungen bekannt, bei welchen durch zwei Ventile drei Richtungen der Wasserströmung einstellbar sind. Werden die Ventile einzeln geöffnet kann die Wasserströmung in zwei unterschiedliche Waschmittelkammern befördert werden. Bei einer gleichzeitigen Aktivierung bzw. Öffnung der Ventile kann eine dritte Waschmittelkammer gespült werden. Eine derartige Lösung erfordert zwei federrückgestellte Magnetventile und entsprechende elektronische Ansteuerungen zum Steuern der Magnetventile.
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Des Weiteren sind Vorrichtungen zum elektromechanischen Ablenken der Wasserströmung bei einem Eintritt in die Waschmittelkammern bekannt. Hierbei werden drehbare Düsen bzw. Kammern verwendet, die je nach Schaltposition bzw. Schaltstellung radiale Ein- und Ausgänge ansteuern oder wasserleitend verbinden. In
EP 1 568 815 B1 ist beispielsweise eine Waschmaschine mit einer Waschmitteleinspülvorrichtung beschrieben. Die Waschmitteleinspülvorrichtung weist eine Hebelanordnung zum Auslenken eines Drehventils auf, durch welches unterschiedliche Kammern der Waschmitteleinspülvorrichtung durch Wasser gespült werden. Zum Antreiben der Hebelanordnung wird üblicherweise ein Schrittmotor verwendet.
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Derartige elektromechanisch steuerbare Vorrichtungen mit drehbaren Düsen müssen präzise hergestellt und gegen Wasseraustritt abgedichtet sein. Hierdurch können der Herstellungsaufwand und die Herstellungskosten steigen. Des Weiteren erhöht der Einsatz von Schrittmotoren mit entsprechender Ansteuerung zusätzlich die Herstellungskosten derartiger Vorrichtungen.
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Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die Nachteile aus dem Stand der Technik zu eliminieren und eine technisch einfache und kosteneffiziente Umlenkungsmechanik, insbesondere für einen Fluidstrom, zu realisieren.
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Nach einem Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zum Steuern einer Ventilvorrichtung mit mindestens zwei Schaltpositionen, insbesondere eines Abschaltventils und/oder Umschaltventils welches in einem Haushaltsgerät einsetzbar ist, gemäß Anspruch 1 bereitgestellt. Die Ventilvorrichtung kann vorzugsweise zum Umlenken oder Abstellen eines Fluidstroms einsetzbar sein.
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Die mindestens zwei Schaltpositionen der Ventilvorrichtung werden durch einen rotatorischen oder translatorischen Rastmechanismus eingestellt, welcher direkt oder über eine Verbindung bzw. indirekt mit einem Steuerelement zum Steuern von Fluidströmen zusammenwirkt. Das Steuerelement kann hierbei einen Fluideinlass mit einem oder mehreren Fluidauslässen zusammenführen, um den Fluidstrom umzulenken. Des Weiteren kann das Steuerelement einen Fluideinlass blockieren und somit den Fluidstrom abstellen.
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Der rotatorische oder translatorische Rastmechanismus zum Umschalten der mindestens zwei Schaltpositionen wird durch einen gegen eine Rückstellkraft arbeitenden Anker eines Elektromagneten sequentiell betätigt. Insbesondere kann der Elektromagnet den Anker kurzzeitig auslenken bzw. antreiben, um den Rastmechanismus umzuschalten. Mit jedem Betätigen des Elektromagneten kann der Rastmechanismus eine Raststufe weitergeschaltet werden. Der Rastmechanismus kann hierbei unendlich schaltbar sein oder nach einer definierten Anzahl an Schaltungen auf eine erste Stufe zurückgesetzt werden.
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Durch ein derartiges Verfahren kann der Einsatz von Schrittmotoren mit einer komplexen und kostenintensiven Ansteuerung entfallen. Der Elektromagnet kann hierbei über eine technisch einfache Zeitsteuerung, beispielsweise für 0,3 bis 3 Sekunden mit elektrischer Energie versorgt werden, um den Rastmechanismus zu betätigen. Nach dem Ablauf einer Einschaltzeit bleibt der Elektromagnet stromfrei. Ein derartiges Zusammenwirken zwischen dem Elektromagneten, dem Rastmechanismus und dem Steuerelement kann ohne eine technisch umfangreiche Ansteuerung auskommen und somit kosteneffizient hergestellt werden.
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Weitere Vorteile ergeben sich dadurch, dass je nach Ausgestaltung des Steuerelements Magnetventile mit entsprechender Ansteuerung gespart werden können. Des Weiteren kann insbesondere bei Wäschepflegegeräten eine optimierte Bauraumausnutzung realisiert werden, bei welcher bisher ungenutzter Bauraum für eine Ventilvorrichtung verwendet wird. Ein derartiger Bauraum ist beispielsweise im Bereich einer Waschmitteleinspülschale vorhanden.
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Gemäß einem Ausführungsbeispiel werden die Schaltpositionen der Ventilvorrichtung durch mindestens einen Sensor detektiert oder durch Zählen von Betätigungen des Elektromagneten ermittelt. Hierdurch kann eine Schaltposition technisch einfach festgestellt werden. Beispielsweise sind Absolutwertgeber, Drehgeber, Resolver oder Potentiometer als Sensoren verwendbar. Nach einer technisch besonders einfachen Ausgestaltung können die Schaltpositionen durch einen als Schalter ausgeführten Sensor detektiert werden. Der Schalter kann als ein mechanischer Taster oder als ein berührungsloser Sensor, wie beispielsweise Hall-Sensor, Reed-Kontakt oder kapazitiver Sensor, ausgestaltet sein.
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Zusätzlich zu mindestens einem Sensor kann eine Steuerung vorgesehen sein, welche ein gezieltes Ansteuern bestimmter Schaltpositionen in Verbindung mit Messdaten des Sensors ermöglicht. Hierzu kann eine Schaltposition kontinuierlich ermittelt werden. Alternativ kann eine definierte Schaltposition als Referenz dienen, wobei jede weitere Schaltposition durch Zählen von Schaltvorgängen bzw. Umstellvorgängen ermittelbar ist.
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Nach einer weiteren Ausführungsform wird mindestens ein Fluideinlass durch das Steuerelement mit mindestens einem Fluidauslass fluidführend gekoppelt oder entkoppelt. Vorzugsweise kann eine Verschaltung von mindestens einem Fluideinlass mit mindestens einem Fluidauslass bauteilseitig durch das Steuerelement umgesetzt sein. Neben einer direkten Verschaltung des Fluideinlasses mit dem Fluidauslass können Durchflusswege je nach Schaltposition zusammen mit einem Fluidauslass verbunden oder eine Schaltposition kann mit mehreren Fluidauslässen gekoppelt werden. Beispielsweise können mehrere Schaltpositionen den gleichen Fluidauslass „ansprechen“ bzw. mit dem Fluideinlass verbinden, um in der Abfolge der Schaltpositionen nicht immer alle Stellungen durchschalten zu müssen.
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Nach einem weiteren Aspekt der Erfindung wird eine Ventilvorrichtung zum Abschalten und/oder Umschalten von Fluidströmungen bereitgestellt. Die Ventilvorrichtung weist ein Steuerelement mit mindestens zwei Schaltpositionen zum Einwirken auf Fluidströmungen auf. Des Weiteren weist die Ventilvorrichtung einen direkt oder indirekt mit dem Steuerelement gekoppelten rotatorischen oder translatorischen Rastmechanismus auf, wobei die mindestens zwei Schaltpositionen des Steuerelements durch ein, beispielsweise sukzessives, Betätigen des Rastmechanismus einstellbar sind. Bevorzugter Weise ist der Rastmechanismus durch einen kurzzeitigen translatorischen Bewegungsimpuls eines Elektromagneten betätigbar.
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Durch die Bewegungscharakteristik des Elektromagneten können nicht mehrere Stellpositionen kontinuierlich angefahren werden, sondern es werden die einzelnen Stellpositionen sequentiell bzw. sukzessive durchgeschaltet, indem der Elektromagnet jeweils kurz aktiviert wird. Mit jedem Schaltvorgang wird in fester Reihenfolge je eine Stellposition weiter geschaltet.
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Der Rastmechanismus dient zum Übersetzen der Bewegung des Elektromagneten in einen Schaltvorgang des Steuerelements. Diese kann aus verschiedenen Kombinationen aus einer Umschaltmechanik mit Raststellungen und dem Steuerelement zur Fluidlenkung bzw. Wasserlenkung bestehen.
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Die Ventilvorrichtung kann beispielsweise integral mit einer Einspülschale oder als ein eigenständiges Bauteil ausgestaltet sein. Als ein alleinstehendes Bauteil kann die Ventilvorrichtung über Schläuche mit anderen Bauteilen des Haushaltsgeräts verbunden sein oder diese in einen gemeinsamen Ventilblock integrieren.
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Der Elektromagnet kann je nach Ausgestaltung intern oder über eine angeschlossene mechanische Umlenkung federrückgestellt und mit dem Rastmechanismus gekoppelt sein. Abhängig von dem verwendeten Rastmechanismus kann eine Zug- oder Druckkraft notwendig sein, welche durch den Elektromagnet bereitgestellt wird. Beispielsweise kann der Elektromagnet mit einem beweglichen, magnetisierbaren Anker durch einen Stromfluss in einer Spule des Elektromagneten eine Zugkraft auf den Anker ausüben. Um eine Druckkraft zu erzeugen kann der Anker mit einem amagnetischen Teil, beispielsweise einem Kunststoff, verlängert oder verbunden werden. In einem deaktivierten Zustand des Elektromagneten durchsetzt der magnetische Teil des Ankers die Spule des Elektromagneten. Bei einem Stromfluss durch die Spule wird der verbundene, magnetische bzw. ferromagnetische Teil des Ankers angezogen und überträgt dabei über den amagnetischen Teil des Ankers eine Druckkraft auf einer gegenüberliegenden Seite.
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Beispielsweise kann der Elektromagnet bei einer Anwendung in Haushaltsgeräten direkt über die am Haushaltsgerät anliegende Wechselspannung betrieben werden, wodurch eine Transformation des Betriebsstroms entfällt. Hierdurch können die Herstellungskosten weiter gesenkt werden.
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Der Rastmechanismus bzw. Umschaltmechanik dient dazu, eine translatorische bzw. lineare Bewegung des Ankers des Elektromagneten in eine Umschaltbewegung des Steuerelements zu transformieren. Je nach Art des Steuerelements kann dort eine translatorische oder rotatorische Bewegung zum Durchführen eines Umschaltvorgangs des Fluidstroms notwendig sein. Vorteilhafterweise passt die Bewegungsart des Rastmechanismus direkt zu der Bewegungsart des Steuerelements. Es kann zusätzlich ein Pleuel als Verbindung zwischen dem Rastmechanismus und dem Steuerelement oder dem Anker und dem Rastmechanismus vorgesehen sein.
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Gemäß einem Ausführungsbeispiel ist das Steuerelement als ein Drehteller, eine drehbare Kammer, mindestens eine drehbare Düse oder als ein Schieber ausgestaltet. Durch diese Maßnahme kann das Steuerelement flexibel je nach Einsatzbereich der Ventilvorrichtung gewählt werden.
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Durch das Steuerelement können die Durchflusswege der Fluidströmung in den einzelnen Schaltpositionen gesteuert werden. Die Schaltpositionen und Durchflusswege ergeben sich vorzugsweise aus den Anforderungen der Ventilvorrichtung. Abhängig von dem Anwendungsgebiet der Ventilvorrichtung können auch mehrere Fluideinlässe mit mehreren Fluidauslässen in dem Steuerelement verbunden oder getrennt werden.
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Ein als eine drehbare Kammer bzw. ein drehbarer Teller ausgestaltetes Steuerelement kann einen oder mehrere axiale Durchlässe aufweisen. Die Durchlässe können relativ zu statischen Fluideinlässen und Fluidauslässen gedreht werden, um definierte Verbindungswege auszubilden. Hierbei kann der Fluidstrom eingestellt, geändert oder gestoppt werden. Es können somit verschiedene Schaltkanäle bzw. Raststellungen realisiert werden, indem auf verschiedenen Durchmessern andere Schaltmuster eingebracht sind. Je nach Ausgestaltung der Kammer können die Durchlässe, die Fluideinlässe und/oder die Fluidauslässe in unterschiedlichen Höhen angeordnet sein.
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Ähnlich zu einem als der Kammer ausgestalteten Steuerelement kann das Steuerelement als eine drehbare Düse oder mehrere drehbare Düsen geformt sein. Durch den Rastmechanismus kann die drehbare Düse ausgelenkt werden. Zum Abstellen des Fluidstroms ist hierbei ein zusätzliches Ventil vorteilhaft.
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Des Weiteren kann das Steuerelement als ein Schieberventil ausgestaltet sein. Vorteilhafterweise kann hierbei die direkte lineare Bewegung des Elektromagneten in eine Bewegung des Steuerelements umgesetzt werden, sodass eine Transformation von linearer Bewegung in rotatorische Bewegung entfällt.
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Es können mehrere definierte Schaltpositionen der Ventilvorrichtung eingestellt werden, wenn der Rastmechanismus dazu eingerichtet ist, eine oszillatorische Bewegung eines Ankers des Elektromagneten in eine lineare Umschaltbewegung umzuwandeln, welche auf das Steuerelement zum Umschalten von Schaltpositionen einwirkt. Die oszillatorische Bewegung kann vorzugsweise ein kurzzeitiger Schaltimpuls bzw. eine kurzzeitige Auslenkung sein, welche zum Betätigen des Rastmechanismus ausreicht. Durch derartige lineare Bewegungen kann der Elektromagnet die Schaltpositionen des Steuerelements mit Hilfe des Rastmechanismus nacheinander „durchschalten“.
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Der Rastmechanismus kann technisch besonders einfach ausgestaltet sein, wenn dieser als eine Push-Push-Mechanik, eine rotatorische Stufenrastung oder als eine translatorische Stufenrastung ausgestaltet ist. Der Rastmechanismus kann beispielsweise als eine Umschaltmechanik ausgeführt sein, welche die Bewegung des Ankers des Elektromagneten in eine sequentielle bzw. sukzessive Umschaltbewegung des Steuerelements überführt. Die Bewegung des Ankers des Elektromagneten verläuft translatorisch. Je nach Art des Steuerelements kann dort eine translatorische oder rotatorische Bewegung notwendig sein. In einer Ausführungsform kann die Bewegungsart (translatorisch oder rotatorisch) der Umschaltmechanik die gleiche sein wie die Bewegungsart des Steuerelements.
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Eine Push-Push-Mechanik bzw. eine sogenannte Kugelschreibermechanik kann dazu eingesetzt werden, eine lineare Bewegung des Elektromagneten in eine Drehbewegung umzuwandeln, welche von einem beispielsweise als drehbare Düse oder drehbare Kammer ausgestalteten Steuerelement benötigt wird. Hierzu kann die Push-Push-Mechanik einen beweglichen Kranz mit einer ersten Verzahnung und einen statischen Kranz mit einer zweiten Verzahnung aufweisen. Die erste Verzahnung und die zweite Verzahnung greifen ineinander ein, wobei durch Anheben der ersten Verzahnung diese eine Drehung erfährt und bei einem Absetzen in eine nächste Raststufe geführt wird.
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Ein als rotatorische Stufenrastung ausgestalteter Rastmechanismus kann eine Sperrklinke aufweisen, um in definierten Raststufen zu verbleiben. Eine federbelastete Zahnstange mit asymmetrischen Zähnen kann ein Zahnrad bei linearer Bewegung weiterdrehen und springt bei der Rückstellung über die Zähne des Zahnrades, während das Zahnrad von der Sperrklinke in Position gehalten wird.
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Bei einem als translatorische Stufenrastung ausgestalteten Rastmechanismus können mehrere Raststufen bzw. Schaltpositionen realisiert werden. Jedoch kann die translatorische Stufenrastung nicht unbegrenzt geschaltet werden. Nach einem Erreichen einer letzten Schaltposition kann die translatorische Stufenrastung zurückgesetzt werden.
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Nach einer weiteren Ausführungsform weist der als translatorische Stufenrastung ausgestaltete Rastmechanismus eine bewegliche Zahnstange mit einem Endanschlag und einem vergrößerten Endzahn auf. Bevorzugterweise weisen die Zähne der Zahnstange jeweils eine vertikal ansteigende und eine flach ansteigende Flanke auf und wirken mit einer Sperrklinke zusammen. Durch die asymmetrisch geformten Zähne der Zahnstange kann ein Verbindungsarm, welcher mit dem Anker des Elektromagneten gekoppelt ist, in die Zähne hineinragen und die bewegliche Zahnstange nach jedem Betätigen des Elektromagneten näher an den Elektromagneten führen oder weitere von dem Elektromagneten abstoßen. Der vergrößerte Endzahn dient dazu, nach dem Erreichen einer letzten Schaltposition den Verbindungsarm von den Zähnen der Zahnstange zu beabstanden, wodurch der Verbindungsarm in eine erste Schaltposition zurückversetzt werden kann. In der ersten Schaltposition kann die Sperrklinke gelöst werden, wodurch der Verbindungsarm mit einem endseitigen Rastzahn in die Zahnstange erneut hineingreifen kann. Anschließend können die Schaltpositionen erneut sukzessive durchgeschaltet werden.
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Die Ventilvorrichtung kann technisch besonders einfach ausgestaltet sein, wenn die Zahnstange mit dem Steuerelement gekoppelt ist. Hierdurch kann der Rastmechanismus unmittelbar das Steuerelement betätigen und den Fluidstrom steuern.
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Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel ist die Zahnstange direkt an dem Anker des Elektromagneten oder über einen Verbindungsarm mit dem Anker des Elektromagneten verbunden, wobei die Zahnstange durch sukzessives Anziehen oder Abstoßen des Ankers in unterschiedliche Schaltpositionen positionierbar ist. Bevorzugterweise arretiert die Sperrklinke die Zahnstange in einer eingestellten Schaltposition. Die Verschiebung des Rastmechanismus geschieht über ein kurzes lineares Anziehen oder Abstoßen des Elektromagneten, dessen Ankerhub mindestens dem Abstand von zwei Zähnen der Zahnstange beträgt und die gleiche Bewegungsrichtung aufweist. Dieses kurze Anziehen kann vorzugsweise durch einen Elektromagneten mit interner Rückstellfeder umgesetzt werden. Die mechanische Übertragung geschieht über einen Arm, der eine Biegefeder darstellt und über mindestens einen Endzahn bzw. endseitigen Rastzahn verfügt, der in die Zahnstange eingreift. Die Biegefeder kann hierbei quer zu dem Ankerhub des Elektromagneten elastisch biegbar sein.
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Der als translatorische Stufenrastung ausgestaltete Rastmechanismus kann technisch besonders einfach zurückgesetzt werden, wenn die Sperrklinke zum Rücksetzen der Zahnstange in eine Anfangsposition durch den vergrößerten Endzahn von der Zahnstange beabstandbar ist, bis die Zahnstange eine Anfangsposition einnimmt. Die Anfangsposition kann hierbei durch die Rücksetzfeder erreicht werden. Im Gegensatz zu einer rotatorischen Stufenrastung kann hier die ursprüngliche Schaltposition nicht durch eine vollständige Rotation erreicht werden, sondern indem nach Erreichen der letzten Schaltposition bei einer erneuten Betätigung des Elektromagneten eine Rücksetzung in die erste Schaltposition durch die Rückstellfeder erfolgt.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird ein Haushaltsgerät bereitgestellt. Das Haushaltsgerät weist mindestens eine erfindungsgemäße Ventilvorrichtung auf, wobei die mindestens eine Ventilvorrichtung in einem Ventilblock und/oder in einer Einspülschale des Haushaltsgeräts angeordnet ist. Das Haushaltsgerät kann vorzugsweise ein wasserführendes Gerät sein. Beispielsweise kann das Haushaltsgerät ein mobiles oder stationäres Gerät sein, welches zum Durchführen oder zum Unterstützen von Reinigungsarbeiten einsetzbar ist. Ein derartiges Haushaltsgerät kann eine Waschmaschine, eine Geschirrspülmaschine, ein Druckreiniger oder ein Waschtrockner sein.
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Die Erfindung sowie das technische Umfeld werden nachfolgend anhand der Figuren näher erläutert. Die Erfindung ist jedoch nicht auf die gezeigten Ausführungsvarianten beschränkt. Insbesondere umfasst die Erfindung, soweit es technisch sinnvoll ist, beliebige Kombinationen der technischen Merkmale, die in den Ansprüchen aufgeführt oder in der Beschreibung als erfindungsrelevant beschrieben sind.
- 1 zeigt eine schematische Darstellung einer Ventilvorrichtung gemäß einer Ausführungsform.
- 2 zeigt ein erfindungsgemäßes Haushaltsgerät mit einer Ventilvorrichtung gemäß einer Ausführungsform.
- 3 zeigt ein Ablaufdiagramm zum Veranschaulichen eines erfindungsgemäßen Verfahrens gemäß einer Ausführungsform.
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In den Figuren sind gleiche oder einander entsprechende Elemente mit den gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet. Faktoren wie beispielsweise numerische Werte, Formen, Komponenten, Positionen von Komponenten und die Weise, wie die Komponenten miteinander verbunden sind, sind lediglich illustrativ und nicht einschränkend. In den Zeichnungen sind aus Gründen der Übersicht und zur Verbesserung der Erkennbarkeit teilweise unterschiedliche Maßstäbe verwendet.
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1 zeigt eine schematische Darstellung einer Ventilvorrichtung 1 gemäß einer Ausführungsform. Die Ventilvorrichtung 1 dient insbesondere zum Abschalten und/oder Umschalten von Fluidströmungen und weist ein als ein Schieber geformtes Steuerelement 2 mit beispielhaften drei Schaltpositionen S1, S2, S3 zum Einwirken auf Fluidströmungen. Die Fluidströmung ist durch die Pfeile F veranschaulicht.
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In einer ersten Schaltposition S1 und einer zweiten Schaltposition S2 wird ein Fluideinlass 4 mit unterschiedlichen Fluidauslässen 6, 7 verbunden. In einer dritten Schaltposition S3 wird die Fluidströmung blockiert bzw. abgeschaltet. Dargestellt ist die Schaltposition S2, in der der Fluideinlass 4 mit dem Fluidauslass 6 verbunden ist.
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Des Weiteren weist die Ventilvorrichtung 1 einen Rastmechanismus 8 auf. Der Rastmechanismus 8 ist beispielhaft als eine translatorische Stufenrastung ausgestaltet, welche mechanisch unmittelbar mit dem Steuerelement 2 gekoppelt ist.
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Die Schaltpositionen S1, S2, S3 des Steuerelements 2 sind durch Betätigen des Rastmechanismus 8 einstellbar bzw. „durchschaltbar“. Zum Betätigen des Rastmechanismus 8 ist ein Elektromagnet 10 vorgesehen.
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Der Elektromagnet 10 weist einen Anker 12 auf, welcher mit einer Rückstellfeder 14 verbunden ist. Der Anker 12 ist axial von einer Spule 16 umgeben. Durch beaufschlagen der Spule 16 mit einem Strom, kann der Anker 12 von der Spule 16 abgestoßen werden. Hierbei wird die Rückstellfeder 14 gegen eine Federkraft gedehnt. Durch das Beaufschlagen der Spule mit einem elektrischen Strom kann ein kurzzeitiger Bewegungsimpuls durch den Anker 12 ausgeübt werden, welcher den Rastmechanismus 8 betätigt und somit eine Änderung einer Schaltposition S1, S2, S3 bewirkt.
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Im Gegensatz zu einer rotatorischen Stufenrastung mit Sperrklinke wird bei der translatorischen Stufenrastung die ursprüngliche Schaltposition S1 nach einem Erreichen der letzten Schaltposition S3 nicht erreicht. Somit ist nach einem Erreichen der letzten Schaltposition S3 bei erneuter Betätigung eine Rücksetzung in die erste Schaltposition S1 notwendig. Der in 1 gezeigte Rastmechanismus 8 ermöglicht eine derartige Rücksetzung.
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Der Rastmechanismus 8 weist eine bewegliche Zahnstange 18 mit einer Vielzahl an Zähnen 20, einem Endanschlag 22 und einem vergrößerten Endzahn 24 auf. Die Zähne 20 der Zahnstange 18 sind asymmetrisch geformt und weisen jeweils eine vertikal ansteigende Flanke 25 und eine flach ansteigende Flanke 26 auf. Der Endanschlag 22 ist an einem dem vergrößerten Endzahn 24 gegenüberliegenden Ende der Zahnstange 18 angeordnet.
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Durch ein kurzes lineares Anziehen des Ankers 12 in horizontaler Richtung H, dessen Hub mindestens dem Abstand von zwei Zähnen 20 der Zahnstange 18 entspricht und die gleiche Bewegungsrichtung H aufweist, können die Schaltpositionen S1, S2, S3 eingestellt werden.
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Die mechanische Übertragung zwischen dem Anker 12 und der Zahnstange 18 erfolgt über einen Verbindungsarm 28. Der Verbindungsarm 28 weist einen endseitig angeordneten Zahn bzw. Rastzahn 30 auf, welcher mit den Zähnen 20 der Zahnstange 18 mechanisch wechselwirken kann.
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Die Zahnstange 18 wird durch eine Sperrklinke 32 ortsfest arretiert bzw. eine Rückbewegung der Zahnstange 18 hemmt. Die Sperrklinke 32 kann ebenfalls federnd gelagert oder elastisch ausgeführt sein. Je nach gewünschter Anzahl der Schaltpositionen S1, S2, S3 kann die Zahnstange 18 unterschiedlich ausgeführt sein. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel handelt es sich beispielhaft um eine Zahnstange 18 mit drei Schaltpositionen.
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Die bewegliche Zahnstange 18 kann eine Bewegung in horizontaler Richtung H vollziehen und ist entgegen dem Elektromagneten 10 federrückgestellt ausgeführt. Der Elektromagnet 10 ist gegenüber der Zahnstange 18 unbeweglich ausgeführt. Insbesondere wird die Zahnstange 18 von dem Elektromagneten 10 durch eine entsprechende, nicht dargestellte, Rückstellfeder weggezogen. Die Rückstellfeder 16 des Elektromagneten 10 drückt den Anker 12 und damit auch einen mit dem Anker 12 verbundenen Verbindungsarm 28 in Richtung der Zahnstange 18. Durch ein Aktivieren des Elektromagneten 10 wird der Anker 12 in den Elektromagneten 10 gegen die Kraft der Rückstellfeder 16 hineingezogen, wobei die Zahnstange 18 ebenfalls angezogen wird, bis die Sperrklinke 32 die Zahnstange 18 an einem benachbarten Zahn 20 arretieren kann. Nach einem Deaktivieren des Elektromagneten 10 kann der Rastzahn 30 der Sperrklinke 32 nachgleiten und ebenfalls in einen benachbarten Zahn 20 der Zahnstange 18 einhaken.
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Zum Realisieren einer Rücksetzung bei erneuter Betätigung in der letzten Schaltposition S3 wird die Sperrklinke 32 durch den vergrößerten Endzahn 24 derart von der Zahnstange 18 ausgelenkt, dass die Sperrklinke 32 die Zahnstange 18 nicht mehr sichern kann. Dies geschieht durch einen Rückhaltehaken 34, welcher die Sperrklinke 32 formschlüssig in einem von der Zahnstange 18 beabstandeten Zustand hält. Durch eine (nicht dargestellte) Rückstellfeder der Zahnstange 18 gleitet diese in diesem Zustand von dem Elektromagnet 10 weg und kann somit in eine erste Schaltposition bzw. Anfangsposition S1 versetzt werden.
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Sobald die Anfangsposition S1 erreicht ist, kann der Endanschlag 22 die Sperrklinke 32 aus dem Rückhaltehaken 34 stoßen und somit die Sperrklinke 32 erneut in Eingriff mit den Zähnen 20 bringen. Die Stellprozedur der Schaltpositionen S1, S2, S3 kann nun von vorne beginnen.
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Zum Detektieren der Schaltpositionen S1, S2, S3 der Ventilvorrichtung 1 ist ein Sensor 36 vorgesehen, welcher die Schaltvorgänge des Elektromagneten 10 zählen kann. Alternativ kann auch eine zum Ansteuern des Elektromagneten 10 verwendete Elektronik bzw. Steuereinheit (nicht dargestellt) die Schaltvorgänge des Elektromagneten 10 zählen. Eine derartige Steuereinheit beinhaltet z.B. eine elektronische Schaltung.
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In 2 ist ein erfindungsgemäßes Haushaltsgerät 38 mit einer Ventilvorrichtung 1 gemäß einer Ausführungsform gezeigt. Das Haushaltsgerät 38 ist als ein Wäschepflegegerät, wie beispielsweise eine Waschmaschine oder Waschtrockner, ausgestaltet. Die Ventilvorrichtung 1 ist gemäß dem dargestellten Ausführungsbeispiel in bzw. an einer Waschmitteleinspülschale 40 des Haushaltsgeräts 38 angeordnet.
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Die Ventilvorrichtung 1 ist nicht auf den Einsatz in einem Haushaltsgerät 38 beschränkt. Weitere Einsatzmöglichkeiten für die Ventilvorrichtung 1 liegen beispielsweise im Sanitärbereich oder in der Bewässerungstechnik.
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3 zeigt ein Ablaufdiagramm zum Veranschaulichen eines erfindungsgemäßen Verfahrens 42 gemäß einer Ausführungsform. Das Verfahren 42 dient zum Steuern der Ventilvorrichtung 1 mit mindestens zwei Schaltpositionen S1, S2, S3, welche als ein Abschaltventil und/oder Umschaltventil ausgeführt sein kann.
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In einem Schritt 43 wird mindestens eine Schaltposition S1, S2, S3 der Ventilvorrichtung 1 durch einen rotatorischen oder translatorischen Rastmechanismus 8 eingestellt. Dies erfolgt durch den Rastmechanismus 8, wobei das Steuerelement 2 zum Steuern von Fluidströmen F durch den Rastmechanismus 8 betätigt wird. Durch einen Sensor kann eine Schaltpositionen S1, S2, S3 detektiert werden und durch eine verbundene Elektronik (z.B. eine Steuereinheit) als Ausgangsposition S1 gespeichert werden.
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Nach einem mehrmaligen Betätigen 44 des Rastmechanismus 8 durch einen Elektromagneten 10 kann der Rastmechanismus 8, je nach Ausgestaltung, auf eine Anfangsposition S1 zurückgesetzt 45 werden.
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Bezugszeichenliste
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- 1 -
- Ventilvorrichtung
- 2 -
- Steuerelement
- 4 -
- Fluideinlass
- 6 -
- erster Fluidauslass
- 7 -
- zweiter Fluideinlass
- 8 -
- Rastmechanismus
- 10 -
- Elektromagnet
- 12 -
- Anker
- 14 -
- Rückstellfeder
- 16 -
- Spule
- 18 -
- bewegliche Zahnstange
- 20 -
- Zähne
- 22 -
- Endanschlag
- 24 -
- Endzahn
- 25 -
- vertikal ansteigende Flanke
- 26 -
- flach ansteigende Flanke
- 28 -
- Verbindungsarm
- 30 -
- Rastzahn
- 32 -
- Sperrklinke
- 34 -
- Rückhaltehaken
- 36 -
- Sensor
- 38 -
- Haushaltsgerät
- 40 -
- Waschmitteleinspülschale
- 42 -
- Verfahren
- 43 -
- Einstellen bzw. Umschalten von Schaltpositionen
- 44 -
- mehrmaliges Betätigen des Rastmechanismus
- 45 -
- Zurücksetzen des Rastmechanismus
- F -
- Fluidströmung
- H -
- horizontale Bewegungsrichtung
- S1 -
- erste Schaltposition / Anfangsposition
- S2 -
- zweite Schaltposition
- S3 -
- dritte Schaltposition / Endposition
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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