DE102020125488A1

DE102020125488A1 - Steuerschaltung für ein Elektromagnetventil und Verfahren zum Überwachen eines Schaltzustands eines Elektromagnetventils

Info

Publication number: DE102020125488A1
Application number: DE102020125488.1A
Authority: DE
Inventors: Jakub Betiuk; Michal Siesicki
Original assignee: Diehl AKO Stiftung and Co KG
Current assignee: Diehl AKO Stiftung and Co KG
Priority date: 2020-01-14
Filing date: 2020-09-30
Publication date: 2021-07-15
Also published as: US11946652B2; CN113124219A; US20210215341A1

Abstract

Eine Steuerschaltung (20)fürein Elektromagnetventil (10), das eine Magnetspule (12) und ein mit einem Ventilelement (16) gekoppeltes bewegbares Element (14) aufweist, wobei die Magnetspule (12) bei ihrer Erregung das bewegbare Element (14) in einer Richtung fördert, um das Ventilelement (16) von seiner Ausgangsstellung in seine aktive Stellung zu bewegen, weist eine Stromquelle (22) zur wahlweisen Stromversorgung der Magnetspule (12) des Elektromagnetventils (10) und eine Messvorrichtung (24) zum Messen eines Spanungspegels der Magnetspule (12) und/oder eines Strompegels durch die Magnetspule (12) auf. Mit der Messvorrichtung (24) ist außerdem eine Kontrolleinheit (26) verbunden, die basierend auf dem beabsichtigten Stromversorgungszustand der Stromquelle (22) und dem von der Messvorrichtung (24) gemessenen Strom- und/oder Spannungsverlauf einen Schaltzustand des Elektromagnetventils (10) entsprechend der Stellung seines Ventilelements (16) ermittelt und gegebenenfalls einen Fehlerzustand der Stromversorgung und/oder des Elektromagnetventils bestimmt.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Steuerschaltung für ein Elektromagnetventil, ein Gasbrennsystem mit einem elektromagnetischen Gasventil und einer solchen Steuerschaltung, ein Verfahren zum Überwachen eines Schaltzustands eines Elektromagnetventils und ein Verfahren zum Betreiben eines Gasbrennsystems mit einem elektromagnetischen Gasventil mit einer solchen Überwachung des Schaltzustands des Gasventils.
Elektromagnetventile haben typischerweise eine Magnetspule und ein mit einem Ventilelement gekoppeltes bewegbares Element, wobei die Magnetspule bei ihrer Erregung das bewegbare Element in einer Richtung fördert, um das Ventilelement von seiner Ausgangsstellung in seine aktive Stellung zu bewegen. Je nach Anwendungsfall des Elektromagnetventils ist es häufig erforderlich, den Schaltzustand des Elektromagnetventils zu überwachen. Zu diesem Zweck werden die Elektromagnetventile in der Regel mit Sensoren ausgestattet oder mit externen Sensoren verbunden, die den Schaltzustand des Elektromagnetventils zum Beispiel durch Erfassen der Stellung des Ventilelements oder eines Fluiddurchflusses durch das Elektromagnetventil ermitteln.
Es ist die Aufgabe der Erfindung, ein verbessertes Mittel zum Überwachen eines Schaltzustands eines Elektromagnetventils zu schaffen.
Diese Aufgabe wird gelöst durch die Lehre der unabhängigen Ansprüche. Besonders vorteilhafte Ausgestaltungen, Weiterbildungen und Anwendungsmöglichkeiten der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Gemäß der Erfindung wird eine Steuerschaltung für ein Elektromagnetventil, das eine Magnetspule und ein mit einem Ventilelement gekoppeltes bewegbares Element aufweist, wobei die Magnetspule bei ihrer Erregung das bewegbare Element in einer Richtung fördert, um das Ventilelement von seiner Ausgangsstellung in seine aktive Stellung zu bewegen, vorgeschlagen, die eine Stromquelle zur wahlweisen Stromversorgung der Magnetspule des Elektromagnetventils, eine Messvorrichtung zum Messen eines Spanungspegels der Magnetspule und/oder eines Strompegels durch die Magnetspule und eine mit der Messvorrichtung verbundene Kontrolleinheit aufweist, wobei die Kontrolleinheit konfiguriert ist, um basierend auf einem beabsichtigten Stromversorgungszustand der Stromquelle und dem von der Messvorrichtung gemessenen Strom- und/oder Spannungsverlauf einen Schaltzustand des Elektromagnetventils entsprechend der Stellung seines Ventilelements zu ermitteln.
D.h. erfindungsgemäß werden keine zusätzlichen Sensoren oder andere zusätzliche Komponenten zum Überwachen des Schaltzustands des Elektromagnetventils benötigt, sondern wird die Überwachung durch die ohnehin vorhandene Steuerschaltung mit der zumeist ohnehin integrierten Messvorrichtung durchgeführt. Als Ergebnis kann das Elektromagnetventil mit seiner Steuerschaltung einfacher und kostengünstiger hergestellt werden und kann das Überwachen des Schaltzustands des Elektromagnetventils effektiver und einfacher durchgeführt werden.
Der Lösungsansatz basiert auf der Erkenntnis der Erfinder, dass die Magnetspule des Elektromagnetventils einerseits bei ihrer durch Stromversorgung verursachte Erregung eine elektromotorische Kraft (EMK) erzeugt, durch die das bewegbare Element bewegt wird und sich damit das mit dem bewegbaren Element verbundene Ventilelement bewegt, und andererseits bei einer Bewegung des bewegbaren Elements durch eine elektromotorische Rückkraft (Gegen-EMK) eine Strominduktion erfährt. Somit kann durch die Messung des Spanungspegels der Magnetspule und/oder des Strompegels durch die Magnetspule eine Strominduktion erfasst werden und basierend darauf auf eine Bewegung des bewegbaren Elements und als Ergebnis auf einen Schaltzustand des Elektromagnetventils geschlossen werden.
In diesem Zusammenhang kann die Ausgangsstellung des Ventilelements je nach Anwendung des Elektromagnetventils schließend oder öffnend sein. Dementsprechend kann die aktive Stellung des Ventilelements je nach Anwendung des Elektromagnetventils öffnend oder schließend sein. Die Erfindung ist auf keine spezielle Struktur des Elektromagnetventils und seiner Komponenten beschränkt.
Ferner ist in diesem Zusammenhang die Stromquelle zum Beispiel ein interner Stromerzeuger oder Stromspeicher der Steuerschaltung oder ein Stromanschluss der Steuerschaltung zur Verbindung mit einem externen Stromerzeuger oder Stromspeicher oder Stromkreis. Der Stromversorgungszustand der Stromquelle ist je nach Ausführungsart der Stromquelle dann zum Beispiel eine eingeschaltete / geöffnete oder ausgeschaltete / geschlossene Stromquelle oder eine offene oder gesperrte Verbindung der Stromquelle zur Magnetspule.
In einer Ausgestaltung der Erfindung weist die die Steuerschaltung ferner eine Ausgabevorrichtung auf und ist die Kontrolleinheit konfiguriert, um basierend auf dem ermittelten Schaltzustand des Elektromagnetventils einen Fehlerzustand der Stromversorgung und/ oder des Elektromagnetventils zu bestimmen und an die Ausgabevorrichtung ein Signal zum Ausgeben einer dem bestimmten Fehlerzustand entsprechenden Fehlermeldung zu übermitteln. Die Ausgabevorrichtung zum Ausgeben der Fehlermeldung kann in diesem Zusammenhang zum Beispiel ein Display und/oder ein Lautsprecher am Elektromagnetventil oder einem mit dem Elektromagnetventil verbundenen Gerät oder ein Computergerät (z.B. Smartphone eines Nutzers, zentrale Steuereinheit, etc.) sein.
Die Kontrolleinheit der Steuerschaltung ist vorzugsweise konfiguriert, um bei einer von der Messvorrichtung erfassten Signalspitze (d.h. einem Peak im Spannungsverlauf oder Stromverlauf) auf ein Bewegen des bewegbaren Elements des Elektromagnetventils zu schließen. Auf diese Weise kann die Kontrolleinheit beispielsweise bei einer von der Messvorrichtung erfassten Signalspitze während einer beabsichtigten anhaltenden Stromversorgung der Magnetspule auf eine unbeabsichtigt ausgefallene Stromversorgung schlie-ßen oder bei einer von der Messvorrichtung nicht erfassten Signalspitze nach einem Ausschalten der Stromversorgung der Magnetspule auf eine ausgefallene Bewegung des Ventilelements in seine Ausgangstellung schließen.
In einer Ausgestaltung der Erfindung kann die Messvorrichtung über einen Signalverstärker mit der Kontrolleinheit verbunden sein. Auf diese Weise kann die Auswertung der Messsignale durch die Kontrolleinheit verbessert werden.
In einer Ausgestaltung der Erfindung kann die Steuerschaltung ferner eine Steuereinheit zum Ansteuern der Stromquelle, der Verbindung der Stromquelle mit der Magnetspule des Elektromagnetventils und/oder einer Sicherheitsvorrichtung der Steuerschaltung aufweisen. Die oben beschriebene Kontrolleinheit der Steuerschaltung ist vorzugsweis mit einer solchen Steuereinheit verbunden oder in eine solche Steuereinheit integriert.
Die oben beschriebene Steuerschaltung der Erfindung kann in einer vorteilhaften Weise in einem Gasbrennsystem angewendet werden. Gegenstand der Erfindung ist daher auch ein Gasbrennsystem, das einen Gasbrenner, der über eine Gaszuleitung mit brennbarem Gas versorgbar ist und ein Zündelement zum Erzeugen einer Gasflamme aufweist; ein elektromagnetisches Gasventil zum wahlweisen Öffnen oder Sperren des Gaszuflusses durch die Gaszuleitung zum Gasbrenner; und eine oben beschriebene Steuerschaltung der Erfindung zum Ansteuern des elektromagnetischen Gasventils aufweist.
In einer Ausgestaltung der Erfindung kann die Steuerschaltung ein nahe dem Gasbrenner positioniertes Thermoelement, das durch einen thermoelektrischen Effekt aus Wärme elektrische Energie erzeugt, als Stromquelle aufweisen.
Gemäß der Erfindung wird außerdem ein Verfahren zum Überwachen eines Schaltzustands eines Elektromagnetventils, das eine von einer Stromquelle wahlweise mit Strom versorgbare Magnetspule und ein mit einem Ventilelement gekoppeltes bewegbares Element aufweist, wobei die Magnetspule bei ihrer Erregung das bewegbare Element in einer Richtung fördert, um das Ventilelement von seiner Ausgangsstellung in seine aktive Stellung zu bewegen, vorgeschlagen, das die folgenden Schritte aufweist: Messen eines Spanungspegels der Magnetspule und/oder eines Strompegels durch die Magnetspule; und Ermitteln eines Schaltzustands des Elektromagnetventils entsprechend der Stellung seines Ventilelements basierend auf einem beabsichtigten Stromversorgungszustand der Stromquelle und dem gemessenen Strom- und/oder Spannungsverlauf.
Mit diesem Verfahren können die gleichen Vorteile wie mit der oben beschriebenen Steuerschaltung der Erfindung erzielt werden. Hinsichtlich der Vorteile, der zugrundeliegenden Erkenntnis und der Begriffsdefinitionen wird ergänzend auf die obigen Erläuterungen in Zusammenhang mit der Steuerschaltung der Erfindung verwiesen.
In einer Ausgestaltung der Erfindung weist das Verfahren ferner ein Bestimmen eines Fehlerzustands der Stromversorgung und/oder des Elektromagnetventils basierend auf dem ermittelten Schaltzustand des Elektromagnetventils und ein Übermitteln eines Signals zum Ausgeben einer dem bestimmten Fehlerzustand entsprechenden Fehlermeldung an eine Ausgabevorrichtung auf.
Vorzugweise wird beim Erfassen einer Signalspitze (d.h. einem Peak im Spannungsverlauf oder Stromverlauf) im gemessenen Strom- und/oder Spannungsverlauf auf ein Bewegen des bewegbaren Elements des Elektromagnetventils geschlossen. Auf diese Weise kann beispielsweise beim Erfassen einer Signalspitze während einer beabsichtigten anhaltenden Stromversorgung der Magnetspule auf eine unbeabsichtigt ausgefallene Stromversorgung geschlossen werden oder beim Nicht-Erfassen einer Signalspitze nach einem Ausschalten der Stromversorgung der Magnetspule auf eine ausgefallene Bewegung des Ventilelements in seine Ausgangstellung geschlossen werden.
Das erfindungsgemäße Verfahren kann in vorteilhafterweise auch in einem Gasbrennsystem angewendet werden. Gegenstand der Erfindung ist daher auch ein Verfahren zum Betreiben eines Gasbrennsystems, das einen Gasbrenner, der über eine Gaszuleitung mit brennbarem Gas versorgbar ist und ein Zündelement zum Erzeugen einer Gasflamme aufweist, sowie ein elektromagnetisches Gasventil zum wahlweisen Öffnen oder Sperren des Gaszuflusses durch die Gaszuleitung zum Gasbrenner aufweist, bei welchem ein Schaltzustand des elektromagnetischen Gasventils durch das oben beschriebene Verfahren der Erfindung überwacht wird.
Obige sowie weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung werden aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter, nicht-einschränkender Ausführungsbeispiele anhand der beiliegenden Zeichnungen besser verständlich. Darin zeigen, größtenteils schematisch:

1 einen Grundaufbau einer Steuerschaltung für ein Elektromagnetventil gemäß der vorliegenden Erfindung;
2 ein Flussdiagramm eines Verfahrens zum Überwachen eines Schaltzustands eines Elektromagnetventils gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung; und
3 einen Aufbau eines Gasbrennsystems mit einer Steuerschaltung für das Gasventil gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.

1 zeigt beispielhaft das Grundkonzept der Erfindung.
Das Elektromagnetventil 10 enthält eine Magnetspule 12, ein bewegbares Element 14 und ein Ventilelement 16. Das Ventilelement 16 ist zwischen einer Ausgangsstellung und einer aktiven Stellung bewegbar, um einen Fluiddurchfluss wahlweise zu öffnen oder zu sperren. Das Ventilelement 16 ist mit dem bewegbaren Element 14 verbunden, sodass eine Bewegung des bewegbaren Elements 14 eine Bewegung des Ventilelements 16 bewirkt. Das bewegbare Element 14 ist zum Beispiel ein metallisches oder magnetisches Element, sodass es durch die elektromotorische Kraft (EMK) die von der mit Strom versorgten und damit erregten Magnetspule 12 direkt oder indirekt (z.B. über einen festen Eisenkern) bewegt wird. Das bewegbare Element 14 ist vorzugsweise in seine Ausgangsstellung vorgespannt, sodass auch das Ventilelement 16 in seine Ausgangsstellung vorgespannt ist.
Die Stromversorgung der Magnetspule 12 erfolgt durch eine Steuerschaltung 20. Die Steuerschaltung 20 enthält eine Stromquelle 22, die über eine Verbindungsleitung 23 mit der Magnetspule 12 des Elektromagnetventils 12 verbunden ist. Falls die Stromquelle 22 beispielsweise ein Stromerzeuger ist, kann die Stromquelle wahlweise ein- und ausgeschaltet werden, um die Magnetspule 12 wahlweise mit Strom zu versorgen. Falls die Stromquelle 22 beispielsweise ein Stromspeicher oder ein mit einer externen Stromquelle verbundener Stromanschluss ist, kann die die Verbindung über die Verbindungsleitung 23 zur Magnetspule 12 wahlweise geöffnet oder gesperrt werden, um die Magnetspule 12 wahlweise mit Strom zu versorgen.
Die Steuerschaltung 20 weist ferner eine Messvorrichtung 24 auf, die mit der Verbindungsleitung 23 gekoppelt ist und ausgestaltet ist, um einen Spanungspegel der Magnetspule 12 und/oder einen Strompegel durch die Magnetspule zu messen. Die Messsignale der Messvorrichtung 24 werden an eine Kontrolleinheit 26 übermittelt, bevorzugt über einen Signalverstärker 25. Die Kontrolleinheit 26 ist konfiguriert, um die die (verstärkten) Messsignale der Messvorrichtung 24 auszuwerten und basierend darauf einen Schaltzustand des Elektromagnetventils 10 zu überwachen. Der überwachte Schaltzustand des Elektromagnetventils 10 entspricht der Stellung seines Ventilelements 16. Basierend auf dem so ermittelten Schaltzustand des Elektromagnetventils 10 kann die Kontrolleinheit dann auch eine Fehlerfreiheit oder einen Fehlerzustand der Stromversorgung und/oder des Elektromagnetventils bestimmen.
Die Kontrolleinheit 26 ist vorzugsweise mit einer Ausgabevorrichtung 28 verbunden, die beispielsweise als Display und/oder Lautsprecher oder als Smartphone ausgestaltet ist. Falls die Kontrolleinheit einen Fehlerzustand der Stromversorgung und/oder des Elektromagnetventils bestimmt, sendet sie ein Signal an die Ausgabevorrichtung 28, damit diese eine Fehlermeldung ausgibt, die dem ermittelten Fehlerzustand entspricht.
Wie in 1 angedeutet, kann die Steuerschaltung 20 zudem eine Steuereinheit 30 enthalten. Die Kontrolleinheit 26 ist vorzugsweise mit der Steuereinheit 30 verbunden oder n die Steuereinheit 30 integriert. Je nach konkreter Ausführungsform der Stromversorgung kann die Steuereinheit 30 zum Beispiel die Stromquelle 22 ansteuern oder die Verbindung der Stromquelle 22 zur Magnetspule 12 ansteuern. Außerdem kann die Steuereinheit 30 bei Bedarf Sicherheitsmaßnahmen für den Betrieb der Steuerschaltung 20 und/oder des Elektromagnetventils 10 veranlassen.
Die Überwachung des Schaltzustands des Elektromagnetventils 10 erfolgt durch die ohnehin vorhandene Steuerschaltung 20 mittels der ohnehin üblicherweise darin vorhandenen Messvorrichtung 24. Die Funktionsweise der Überwachung wird nun Bezug nehmend auf 2 näher erläutert.
In dem Überwachungsverfahren 60 erfolgt dauerhaft eine Messung des Spannungspegels der Magnetspule 12 oder des Strompegels durch die Magnetspule 12 durch die Messvorrichtung 24 (Schritt 602). In Schritt 604 wird die Stromversorgung der Magnetspule 12 durch die Stromquelle 22 gestartet, zum Beispiel durch Aktivieren eines Stromerzeugers. Durch die Stromversorgung der Magnetspule 12 wird diese erregt und bewirkt durch elektromotorische Kraft eine Bewegung des bewegbaren Elements 14, sodass das Ventilelement 16 in seine aktive Stellung bewegt wird. Bei dauerhafter Stromversorgung bleibt die Magnetspule 12 erregt und hält das bewegbare Element 14 in seiner Stellung, in der sich das Ventilelement 16 in seiner aktiven Stellung befindet.
In Schritt 606 wird geprüft, ob bei dieser beabsichtigten anhaltenden Stromversorgung von der Messvorrichtung 24 eine Signalspitze im Spannungs- oder Strompegel erfasst wird. Eine solche Spannungsspitze würde erzeugt werden, wenn die Stromversorgung versagt und deshalb die Erregung der Magnetspule 12 endet und sich das bewegbare Element 14 daher durch die Vorspannung in seine Ausgangsstellung zurückbewegt, was durch elektromotorische Rückkraft eine Induktion in der Magnetspule 12 erzeugt.
Wird in Schritt 606 von der Kontrolleinheit 26 eine Signalspitze im Spannungs- oder Stromverlauf erkannt, wird in Schritt 608 ein Fehlerzustand der Stromversorgung (unbeabsichtigt ausgefallene Stromversorgung) bestimmt. Die Kontrolleinheit 26 erzeugt dann in Schritt 610 eine entsprechende Fehlermeldung, die von der Ausgabevorrichtung 28 ausgegeben wird.
Falls in Schritt 606 hingegen keine Signalspitze im Spannungs- oder Stromverlauf erkannt wird, wird in Schritt 612 eine Fehlerfreiheit bestimmt. Das Elektromagnetventil 10 bleibt dann bei anhaltender Stromversorgung der Magnetspule 12 in seinem korrekten aktiven Schaltzustand. Das Prüfen, ob eine Signalspitze erfasst wird, wird dauerhaft fortgeführt.
Zu einem späteren Zeitpunkt wird in Schritt 614 die Stromversorgung der Magnetspule 12 durch die Stromquelle 22 beendet, zum Beispiel durch Deaktivieren des Stromerzeugers. Durch die nicht mehr vorhandene Stromversorgung der Magnetspule 12 erzeugt diese keine elektromotorische Kraft mehr, sodass sie das bewegbare Element 14 und das Ventilelement 16 nicht mehr in ihre aktiven Stellungen forciert.
In Schritt 616 wird geprüft, ob bei nach Beenden der Stromversorgung von der Messvorrichtung 24 eine Signalspitze im Spannungs- oder Strompegel erfasst wird. Eine solche Spannungsspitze würde erzeugt werden, wenn sich das bewegbare Element 14 in seine Ausgangsstellung zurückbewegt und dabei durch elektromotorische Rückkraft einen Stromfluss durch die Magnetspule 12 induziert.
Wird in Schritt 616 von der Kontrolleinheit 26 keine Signalspitze im Spannungs- oder Stromverlauf erkannt, wird in Schritt 618 ein Fehlerzustand des Elektromagnetventils 10 (Ventilelement 16 bleibt in aktiver Stellung) bestimmt. Die Kontrolleinheit 26 erzeugt dann in Schritt 610 eine entsprechende Fehlermeldung, die von der Ausgabevorrichtung 28 ausgegeben wird. Falls in Schritt 606 hingegen eine Signalspitze im Spannungs- oder Stromverlauf erkannt wird, wird in Schritt 620 eine Fehlerfreiheit bestimmt.
Bezugnehmend auf 3 wird nun eine spezielle Anwendung der oben beschriebenen Steuerschaltung 20 und des oben beschriebenen Überwachungsverfahrens bei einem Gasbrennsystem beispielhaft näher beschrieben.
Das Gasbrennsystem 40 hat einen Gasbrenner 42, der aus einer Gaszuleitung 55 über ein Gasventil 10 mit Gas versorgt wird. Der Gasbrenner 42 enthält ein Zündelement 46 zum Erzeugen einer Gasflamme und ist mit einem Bedienelement 48 zum wahlweisen Ein- und Ausschalten des Zündelements 46 ausgestattet oder verbunden.
Das Gasventil 10 ist als Elektromagnetventil ausgestaltet und enthält analog zu 1 eine Magnetspule 12, ein bewegbares Element 14 und ein Ventilelement 16. In 3 ist zudem eine Vorspannfeder 18 angedeutet, die das bewegbare Element 14 in seine Ausgangsstellung vorspannt. Bei dieser Anwendung sperrt das Ventilelement 16 in seiner Ausgangsstellung den Durchgang 17 der Gaszuleitung 44 durch das Gasventil. Bei Stromversorgung der Magnetspule 12 wird diese erregt und bewegt das bewegbare Element 14 gegen die Kraft der Vorspannfeder 18 in seine aktive Stellung, sodass auch das Ventilelement 16 in seine aktive Stellung bewegt wird, in der es den Durchgang 17 der Gaszuleitung 44 öffnet. Bei dauerhafter Stromversorgung der Magnetspule 12 hält diese das bewegbare Element 14 und damit auch das Ventilelement 16 gegen die Kraft der Vorspannfeder 18 in ihren aktiven Stellungen.
Die Steuerschaltung 20 entspricht grundsätzlich der in 1 dargestellten Steuerschaltung. Im Ausführungsbeispiel von 3 weist die Steuerschaltung 20 ein Thermoelement als Stromquelle 22 auf, das nahe dem Gasbrenner 42 angeordnet ist. Das Thermoelement 22 erzeugt bei einer im Gasbrenner 42 erzeugten Hitze aufgrund eines thermoelektrischen Effekts eine elektrische Energie, sodass die Magnetspule 12 des Gasventils 10 mit Strom versorgt wird. Die Kontrolleinheit 26 ist auch mit dem Bedienelement 48 des Gasbrenners 42 verbunden, damit sie bei der Überwachung des Schaltzustands des Gasventils 10 weiß, ob der Benutzer den Betrieb des Gasbrenners 42 gestartet oder beendet hat.
Außerdem weist die Steuerschaltung 20 eine Stromflusssperrvorrichtung 50 auf, die von der Steuereinheit 30 bei Bedarf (z.B. wegen einer Fehlfunktion im Gasbrenner 42) als Sicherheitsmaßnahme aktiviert werden kann, um die Stromversorgung der Magnetspule 12 zu sperren, damit das Gasventil 10 wird in seine die Gaszuleitung 44 sperrende Ausgangsstellung zurückkehrt.
Die Funktionsweise dieses Gasbrennsystems ist wie folgt.
Wenn der Benutzer den Gasbrenner 42 benutzen will, aktiviert er durch Betätigung des Bedienelements 48 das Zündelement 46. Hierdurch entsteht eine Flamme im / am Gasbrenner 42, wodurch Wärme entsteht, welche auch das Thermoelement 22 erwärmt, sodass das Thermoelement 22 elektrische Energie erzeugt. Auf diese Weise startet die Stromversorgung der Magnetspule 12 des Gasventils 10. Durch die Erregung der Magnetspule 12 wird das bewegbare Element 14 gegen die Kraft der Vorspannfeder 18 in Richtung zu seiner aktiven Stellung bewegt. Hierdurch wird auch das Ventilelement 16 in seine aktive Stellung bewegt und öffnet den Durchgang 17 der Gaszuleitung 44 durch das Gasventil 10, sodass Gas zum Gasbrenner 42 gefördert wird. Als Folge davon entsteht im / am Gasbrenner 42 eine Gasflamme, die den Gasbrenner 42 und damit auch das Thermoelement 22 noch stärker erhitzt. Durch die daraus resultierende stärkere Stromerzeugung des Thermoelements 22 wird die Stromversorgung der Magnetspule 12 verstärkt, sodass das bewegbare Element 14 und damit auch das Ventilelement 16 in ihren aktiven Stellungen bleiben. Die Messvorrichtung 24 erfasst dann einen im Wesentlichen konstanten Spanungs- oder Strompegel.
Falls jedoch das Zündelement 46 keine Flamme mehr erzeugt, obwohl der Benutzer den Gasbrenner 42 nicht abgeschaltet hat, sinkt die Temperatur im / am Gasbrenner 42 und folglich auch die Stromversorgung der Magnetspule 12 durch das Thermoelement 22. Als Ergebnis hält die Magnetspule 12 das bewegbare Element 14 nicht mehr in seiner aktiven Stellung, sodass es durch die Vorspannfeder 18 zurück in seine Ausgangsstellung bewegt wird und damit das Ventilelement 16 ebenfalls in seine Ausgangsstellung bewegt wird und den Durchgang 17 der Gaszuleitung 44 schließt. Durch die Bewegung des bewegbaren Elements 14 wird in der stromlosen Magnetspule 12 über eine kurze Zeitdauer ein Induktionsstrom erzeugt, sodass die Messvorrichtung 24 einen Peak im Spannungs- oder Strompegel erfasst. Durch diesen Peak während des beabsichtigten Betriebs des Gasbrenners 42 erkennt die Kontrolleinheit 26 den Fehlerzustand der Stromversorgung und lässt die Ausgabevorrichtung 28 eine entsprechende Fehlermeldung an den Benutzer ausgeben, um ihn über das Betriebsende des Gasbrenners zu informieren, obwohl er dies nicht wollte.
Wenn der Benutzer den Betrieb des Gasbrenners 42 beenden will, schaltet er über das Bedienelement 48 das Zündelement 46 aus. Als Folge davon erlischt die Flamme im / am Gasbrenner 42 und die Temperatur sinkt, sodass auch die Stromversorgung der Magnetspule 12 durch das Thermoelement 22 absinkt. Als Ergebnis hält die Magnetspule 12 das bewegbare Element 14 nicht mehr in seiner aktiven Stellung, sodass es durch die Vorspannfeder 18 zurück in seine Ausgangsstellung bewegt wird und damit das Ventilelement 16 ebenfalls in seine Ausgangsstellung bewegt wird und den Durchgang 17 der Gaszuleitung 44 schließt. Durch die Bewegung des bewegbaren Elements 14 wird in der stromlosen Magnetspule 12 über eine kurze Zeitdauer ein Induktionsstrom erzeugt, sodass die Messvorrichtung 24 einen Peak im Spannungs- oder Strompegel erfasst.
Falls jedoch das bewegbare Element 16 sich nicht bewegt, sondern in seiner aktiven Stellung bleibt, und demzufolge auch das Ventilelement 16 den Durchgang 17 der Gaszuleitung 44 offen lässt, wird in der Magnetspule 12 kein Induktionsstrom erzeugt. Dementsprechend erfasst die Messvorrichtung 24 keinen Peak im Spannungs- oder Strompegel. Durch diesen fehlenden Peak nach dem beabsichtigten Betriebsende des Gasbrenners 42 erkennt die Kontrolleinheit 26 den Fehlerzustand des Gasventils und lässt die Ausgabevorrichtung 28 eine entsprechende Fehlermeldung an den Benutzer ausgeben, um ihn über das fehlerhafte Gasventil 10 zu informieren.
Bezugszeichenliste

10: Elektromagnetventil
12: Magnetspule
14: bewegbares Element
16: Ventilelement
17: Durchgang
18: Vorspannfeder
20: Steuerschaltung
22: Stromquelle
23: Verbindungsleitung
24: Messvorrichtung
25: Signalverstärker
26: Kontrolleinheit
28: Ausgabevorrichtung
30: Steuereinheit
40: Gasbrennsystem
42: Gasbrenner
44: Gaszuleitung
46: Zündelement
48: Bedienelement
50: Stromflusssperrvorrichtung
60: Verfahren
602: Messen des Spannungspegels oder Strompegels
604: Starten der Stromversorgung
606: Prüfen, ob Signalspitze erfasst wird
608: Bestimmen des Fehlerzustands der Stromversorgung
610: Erzeugen einer Fehlermeldung
612: Bestimmen einer Fehlerfreiheit
614: Beenden der Stromversorgung
616: Prüfen, ob Signalspitze erfasst wird
618: Bestimmen des Fehlerzustands des Elektromagnetventils
620: Bestimmen einer Fehlerfreiheit

Claims

Steuerschaltung (20) für ein Elektromagnetventil (10), das eine Magnetspule (12) und ein mit einem Ventilelement (16) gekoppeltes bewegbares Element (14) aufweist, wobei die Magnetspule (12) bei ihrer Erregung das bewegbare Element (14) in einer Richtung fördert, um das Ventilelement (16) von seiner Ausgangsstellung in seine aktive Stellung zu bewegen, wobei die Steuerschaltung (20) aufweist: eine Stromquelle (22) zur wahlweisen Stromversorgung der Magnetspule (12) des Elektromagnetventils (10); eine Messvorrichtung (24) zum Messen eines Spanungspegels der Magnetspule (12) und/oder eines Strompegels durch die Magnetspule (12); und eine Kontrolleinheit (26), die mit der Messvorrichtung (24) verbunden ist, wobei die Kontrolleinheit (26) konfiguriert ist, um basierend auf einem beabsichtigten Stromversorgungszustand der Stromquelle (22) und dem von der Messvorrichtung (24) gemessenen Strom- und/oder Spannungsverlauf einen Schaltzustand des Elektromagnetventils (10) entsprechend der Stellung seines Ventilelements (16) zu ermitteln.
Steuerschaltung nach Anspruch 1, bei welcher die Steuerschaltung (20) ferner eine Ausgabevorrichtung (28) aufweist; und die Kontrolleinheit (26) konfiguriert ist, um basierend auf dem ermittelten Schaltzustand des Elektromagnetventils einen Fehlerzustand der Stromversorgung und/oder des Elektromagnetventils (10) zu bestimmen und an die Ausgabevorrichtung (28) ein Signal zum Ausgeben einer dem bestimmten Fehlerzustand entsprechenden Fehlermeldung zu übermitteln.
Steuerschaltung nach Anspruch 1 oder 2, bei welcher die Kontrolleinheit (26) konfiguriert ist, um bei einer von der Messvorrichtung (24) erfassten Signalspitze auf ein Bewegen des bewegbaren Elements (14) des Elektromagnetventils (10) zu schlie-ßen.
Steuerschaltung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welcher die Messvorrichtung (24) über einen Signalverstärker (25) mit der Kontrolleinheit (26) verbunden ist.
Steuerschaltung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner aufweisend eine Steuereinheit (30) zum Ansteuern der Stromquelle (22), der Verbindung der Stromquelle (30) mit der Magnetspule (12) des Elektromagnetventils und/oder einer Sicherheitsvorrichtung (50) der Steuerschaltung (20).
Gasbrennsystem (40), aufweisend: einen Gasbrenner (42), der über eine Gaszuleitung (44) mit brennbarem Gas versorgbar ist und ein Zündelement (46) zum Erzeugen einer Gasflamme aufweist; ein elektromagnetisches Gasventil (10) zum wahlweisen Öffnen oder Sperren des Gaszuflusses durch die Gaszuleitung (44) zum Gasbrenner (42); und eine Steuerschaltung (20) zum Ansteuern des elektromagnetischen Gasventils (10), wobei die Steuerschaltung (20) die Steuerschaltung nach einem der vorhergehenden Ansprüche ist.
Gasbrennsystem nach Anspruch 6, bei welchem die Steuerschaltung (20) ein nahe dem Gasbrenner (42) positioniertes Thermoelement, das durch einen thermoelektrischen Effekt aus Wärme elektrische Energie erzeugt, als Stromquelle (22) aufweist.
Verfahren (60) zum Überwachen eines Schaltzustands eines Elektromagnetventils (10), das eine von einer Stromquelle (22) wahlweise mit Strom versorgbare Magnetspule (12) und ein mit einem Ventilelement (16) gekoppeltes bewegbares Element (14) aufweist, wobei die Magnetspule (12) bei ihrer Erregung das bewegbare Element (14) in einer Richtung fördert, um das Ventilelement (16) von seiner Ausgangsstellung in seine aktive Stellung zu bewegen, wobei das Verfahren aufweist: Messen (602) eines Spanungspegels der Magnetspule (12) und/oder eines Strompegels durch die Magnetspule (12); und Ermitteln eines Schaltzustands des Elektromagnetventils (10) entsprechend der Stellung seines Ventilelements (16) basierend auf einem beabsichtigten Stromversorgungszustand der Stromquelle (22) und dem gemessenen Strom- und/oder Spannungsverlauf.
Verfahren nach Anspruch 8, ferner aufweisend: Bestimmen (608, 618) eines Fehlerzustands der Stromversorgung und/oder des Elektromagnetventils (10) basierend auf dem ermittelten Schaltzustand des Elektromagnetventils (10); und Übermitteln (610) eines Signals zum Ausgeben einer dem bestimmten Fehlerzustand entsprechenden Fehlermeldung an eine Ausgabevorrichtung (28).
Verfahren nach Anspruch 8 oder 9, bei welchem beim Erfassen einer Signalspitze im gemessenen Strom- und/oder Spannungsverlauf auf ein Bewegen des bewegbaren Elements (14) des Elektromagnetventils (10) geschlossen wird.
Verfahren nach Anspruch 10, bei welchem beim Erfassen einer Signalspitze während einer beabsichtigten anhaltenden Stromversorgung der Magnetspule (12) auf eine unbeabsichtigt ausgefallene Stromversorgung geschlossen wird (608).
Verfahren nach Anspruch 10 oder 11, bei welchem beim Nicht-Erfassen einer Signalspitze nach einem Ausschalten der Stromversorgung der Magnetspule (12) auf eine ausgefallene Bewegung des Ventilelements (16) in seine Ausgangstellung geschlossen wird (618).
Verfahren zum Betreiben eines Gasbrennsystems (40), das einen Gasbrenner (42), der über eine Gaszuleitung (44) mit brennbarem Gas versorgbar ist und ein Zündelement (46) zum Erzeugen einer Gasflamme aufweist, sowie ein elektromagnetisches Gasventil (10) zum wahlweisen Öffnen oder Sperren des Gaszuflusses durch die Gaszuleitung (44) zum Gasbrenner (42) aufweist, wobei ein Schaltzustand des elektromagnetischen Gasventils (10) durch das Verfahren (60) nach einem der Ansprüche 8 bis 12 überwacht wird.