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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Steuerung eines Fluidstroms,
insbesondere zur Steuerung der Wassereinleitung in eine Waschmaschine,
wie etwa eine Waschmaschine für Wäsche oder eine
Geschirrspülmaschine.
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Insbesondere hat die Erfindung eine Vorrichtung zum Gegenstand, die ein
durch eine Steuerwicklung gesteuertes bistabiles Magnetventil und
Schaltkreise enthält, die operativ mit einer Einspeisungsquelle für
elektrische Energie, wie beispielsweise dem Verteilungsnetz, gekoppelt sind
und der Spule des erwähnten Magnetventils einen ersten bzw. zweiten
Stromstoß zu liefern vermögen, um das Öffnen bzw. das Schließen des
erwähnten Magnetventils auszulösen.
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Die Verwendung von bistabilen Magnetventilvorrichtungen hat
insbesondere angesichts ihres geringen Energieverbrauchs Verbreitung
gefunden. Bei diesen Vorrichtungen sind nämlich ein kurzer Stromstoß, um
das Öffnen, und anschließend ein weiterer kurzer Stromstoß, um das
Schließen auszulösen, hinreichend. In dem Zeitraum zwischen diesem
ersten und diesem zweiten Stromstoß ist das bistabile Magnetventil nicht
erregt und verbraucht folglich keine Energie.
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Ziel der Erfindung ist die Schaffung einer Magnetventilvorrichtung zur
Steuerung eines Fluidstroms, insbesondere zur Steuerung der
Wassereinleitung in eine Waschmaschine, die es ermöglicht, einige
Nachteile auszuschalten, die die Vorrichtungen mit bistabilen
Magnetventilen im Betrieb aufweisen.
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Dieses und weitere Ziele werden erfindungsgemäß mit einer Vorrichtung
erreicht, deren Hauptmerkmale in dem beigefügten Anspruch 1 festgelegt
sind.
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Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung gehen aus der nachfolgenden
ausführlichen Beschreibung hervor, in der anhand der beigefügten
Zeichnungen ein Ausführungsbeispiel erläutert wird. Es zeigen:
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Fig. 1 ein Schaltschema einer ersten Ausführungsform einer
erfindungsgemäßen Vorrichtung;
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Fig. 2 einen teilweisen Schnitt durch ein bistabiles Magnetventil;
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Fig. 2a eine Teilansicht mit einem Ausschnitt aus Fig. 2 in
vergrößertem Maßstab;
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Fig. 3 eine ähnliche Ansicht wie die in Fig. 2 mit einem bistabilen
Magnetventil in geöffneter Stellung; und
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Fig. 4 einen teilweisen Schnitt durch ein bistabiles Magnetventil, das
in einer zweiten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen
Vorrichtung enthalten ist.
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In den Zeichnung ist mit 1 insgesamt eine erfindungsgemäße Vorrichtung
zur Steuerung eines Fluidstroms, insbesondere zur Steuerung der
Wassereinleitung in eine Waschmaschine, bezeichnet.
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Bezugnehmend insbesondere auf das Schema der Fig. 1 enthält eine
erfindungsgemäße Vorrichtung 1 ein bistabiles Magnetventil 2, das mit
einem insgesamt mit 3 bezeichneten elektrischen Stromzuführungs- und
Steuerungskreis verbunden ist.
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Das bistabile Magnetventil 1 enthält seinerseits eine Steuerwicklung 4, die
mit zwei Leiterenden 5 und 6 des Stromkreises bzw. Schaltkreises 3
verbunden ist.
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Stets bezugnehmend auf Fig. 1 weist der Stromkreis 3 zwei weitere
Leiterenden 7 und 8 auf, die bestimmungsgemäß mit einer elektrischen
Energiequelle für die Stromversorgung, insbesondere mit dem Verteilernetz
für Wechselstromspannung, verbunden sind.
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Das Leiterende 7 des Stromkreises 3 ist mit dem Leiterende 5 durch einen
normalerweise offenen Schalter 9, eine Gleichrichter-Diode 10, eine
insgesamt mit 11 bezeichnete Umschalteinrichtung und einen Kondensator
12 verbunden.
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Der Schalter 9, bei dem es sich beispielsweise um einen Solidstate-Schalter
oder einen elektromechanischen Schalter handeln kann, wird in an sich
bekannter Weise beispielsweise durch eine nicht dargestellte
Elektronikeinheit oder einen sog. "Timer" gesteuert, um die Öffnung des
bistabilen Magnetventils 1 auszulösen.
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In dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Umschalteinrichtung 11
eine elektromechanische und enthält einen beweglichen, von einer
Wicklung oder Spule 14 gesteuerten Kontakt. Der bewegliche Kontakt 13
nimmt normalerweise die in Fig. 1 gestrichelt dargestellte Stellung ein, in
der er die Kathode der Diode 10 mit dem Kondensator 12 verbindet. Wird
die Wicklung 14 erregt, so geht der bewegliche Kontakt 13 in die
ausgezogen dargestellte Stellung über, in der er den Kondensator 12 mit
dem Leiterende 6 des Stromkreises 3 koppelt, d. h. er koppelt den
Kondensator 12 unmittelbar mit der Steuerwicklung 4 des bistabilen
Magnetventils 2.
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Der Schaltkreis 3 enthält einen weiteren Kondensator 15, der zwischen der
Anode der Diode 10 und einer Doppel-Halbwellen-Gleichrichter-Schaltung
eingeschaltet ist. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel enthält die
Gleichrichter-Schaltung 16 vier in einem Vierseit angeordnete Dioden 17,
gemäß der auch als Graetz-Brückenschaltung bekannten Konfiguration.
Eine Diagonale dieser Brückenschaltung ist einerseits mit dem Kondensator
15 und andererseits mit dem Leiterende 6 verbunden. Parallel zur anderen
Diagonale dieser Brückenschaltung ist die Erregerwicklung 14 des
Umschalters 11 geschaltet.
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Das Stromzuführungsende 8 des Kreises 3 ist mit dem Ausgangs-
Leiterende 6 verbunden.
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In dem in den Fig. 2, 2a und 4 gezeigten Ausführungsbeispiel enthält
das bistabile Magnetventil 2 eine zwei Formkörper 20 und 21 enthaltende
Konstruktion, einen unteren bzw. oberen, die abdichtend so miteinander
verbunden sind, daß sie miteinander eine Kammer 22 bilden.
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Der untere Körper 20 bildet einen Einlauf-Anschluß 23 und einen Auslauf-
Anschluß 24. Letzterer schließt auf der der Kammer 22 zugewandten Seite
an eine ringförmige Wand 25 an, deren oberer Rand 26 als Ventilsitz zu
dienen vermag.
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Im Inneren des unteren Körpers 20 ist um eine ringförmige Wand 25 herum
ein ebenfalls ringförmiger Eingangs-Durchlass 27 ausgebildet, der mit dem
Einlauf-Anschluß 23 in Verbindung steht.
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Mit 28 ist insgesamt ein Haupt-Verschlußkörper bezeichnet, der eine
biegsame ringförmige Membran 29 enthält, deren Umfangsrand zwischen
den Körpern 20 und 21 eingespannt ist, und einen starren Körper 30, der
von einem axialen Durchlass 31 durchsetzt ist, welcher nach oben in einen
Ventilsitz 32 endet.
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Der Verschlusskörper 28 arbeitet bestimmungsgemäß mit dem Ventilsitz 26
in der Weise zusammen, die nachfolgend näher beschrieben wird.
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Wie insbesondere in Fig. 2a zu sehen ist, sind in dem Körper 30 und in
dem verdickten Mittelbereich der Membran 29 Durchlässe 33 und 34
ausgebildet, die die Kammer 22 mit dem Einlauf-Anschlußteil 23 in
Verbindung zu setzen vermögen, wenn das Magnetventil 2 geschlossen ist
(Fig. 2 und 2a).
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Der Verschlußkörper 28 vermag, wie nachfolgend im einzelnen beschrieben
wird, mit dem Ventilsitz 26 zusammenzuwirken, um den Flüssigkeitsstrom
zwischen dem ringförmigen Eingangs-Durchlass 27 und dem Auslauf-
Anschlußteil 24 zu steuern.
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Der Körper 21 weist oben einen rohrförmigen Aufnahmebereich 35 auf, der
oben durch eine Bodenwand 36 abgeschlossen ist.
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Die Steuerwicklung 4 des bistabilen Magnetventils 2 ist um den erwähnten
rohrförmigen Aufnahmebereich 35 herum angeordnet. In diesem
Aufnahmebereich ist ein zumindest teilweise aus ferromagnetischem
Material bestehender, in axialer Richtung gleitend gelagerter Kern 37
angebracht, der an der Unterseite einen Hilfs-Verschlußkörper 38 trägt, der
mit dem in dem starren Körper 30 ausgebildeten Ventilsitz 32
zusammenzuwirken vermag und mit diesem ein Steuerventil bildet.
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Ein Parmanentmagnet 39 ist an der Abschlusswand 36 des
Aufnahmebereichs 35 befestigt.
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Eine Schraubenfeder 40 ist zwischen diesem Permanentmagneten und dem
beweglichen Kern 37 angeordnet und ist bestrebt, letzteren nach unten zu
drücken, so daß sein Verschlusskörper den Sitz 32 (Fig. 2, 2a)
verschließt, und zwar entgegen der Wirkung des Magneten 39, der das
Bestreben hätte, diesen Verschlusskörper stattdessen in angehobener
Stellung zu halten (Fig. 3).
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Das oben beschriebene Magnetventil arbeitet im wesentlichen wie folgt.
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In Fig. 2 ist das Magnetventil 2 in geschlossenem Zustand gezeigt. In
diesem Zustand schließt der Verschlusskörper 28 den Ventilsitz 26 ab.
Unter der Einwirkung der Feder 40 befindet sich der bewegliche Kern 37 in
der abgesenkten Stellung, in der sein Verschlusskörper 38 den Ventilsitz
32 verschließt. Die Kammer 22 ist mit Flüssigkeit angefüllt, die zuvor vom
Einlauf-Anschluß 23 her über die Durchlässe 33 und 34 des
Verschlusskörpers 28 in diese Kammer eingeströmt ist. Der auf die
Oberseite des Verschlusskörpers 28 einwirkende Druck ist höher als der
auf seine untere Oberfläche oder Unterseite wirkende, der Verschlusskörper
28 ruht daher auf dem Ventilsitz 26 auf.
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Wenn die Wicklung 4 durch einen in eine vorbestimmte Richtung
fließenden ersten Stromstoß erregt wird, überwindet das hierdurch
erzeugte Magnetfeld die Kraft der Feder 40 und bewirkt die
Aufwärtsbewegung des beweglichen Kerns 37 und des dazugehörigen
Verschlusskörpers 38 bis zu der in Fig. 3 gezeigten Stellung. In diesem
Zustand ist die von dem Magneten 39 auf den beweglichen Kern 37
ausgeübte Anziehungskraft schon an sich hinreichend, um diesen
beweglichen Kern und den Verschlusskörper 38 in der angehobenen
Stellung festzuhalten. Wenn der erste Erregungsimpuls abflaut, verbleiben
somit der Kern 37 und der Verschlusskörper 38 jedenfalls in der
angehobenen Stellung. Die in der Kammer 22 enthaltene Flüssigkeit kann
nunmehr durch den Durchlaß 31 zum Ausfluß-Anschluß 24 hin abfließen.
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Der sich daraus in der Kammer 22 ergebende Druckabfall und die
begleitende Wirkung des von der Flüssigkeit im Eintrittsbereich auf die
Unterseite des Verschlusskörpers 28 ausgeübten Drucks bewirken das
Anheben dieses Verschlusskörpers aus dem Ventilsitz 26, siehe Fig. 3,
und der dem Einlauf-Anschluß 23 zugeführte Flüssigkeitsstrom kann auf
diese Weise unmittelbar über diesen Ventilsitz und die rohrförmige Wand
25 dem Ausfluß-Anschluß 24 zufließen.
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Will man nun das Schließen des bistabilen Magnetventils 2 auslösen, muß
der Wicklung 4 ein zweiter Stromstoß zugeführt werden, und zwar in der
umgekehrten Richtung, wie sie der erste Stromstoß hatte. Dieser zweite
Stromstoß kann in an sich bekannter Weise der Wicklung 4 von einer in
Fig. 1 nicht dargestellten elektronischen Steuerungseinheit zugeführt
werden. Das so erzeugte Magnetfeld wirkt nun zusammen mit der Feder 40
in der Weise auf den beweglichen Kern 37 ein, daß es die auf diesen
beweglichen Kern 37 durch den Permanentmagneten 39 ausgeübte
Rückhaltekraft überwindet. Der Verschlusskörper 38 verschließt den
Ventilsitz 32, und die Flüssigkeit, die vom Einlauf-Anschluß 23 her über die
Durchlässe 33 und 34 in die Kammer 22 fließt, findet keinen Abfluß mehr
und bewirkt die allmähliche Erhöhung des auf die Oberseite des
Verschlusskörpers 28 einwirkenden Drucks, bis dieser Verschlusskörper in
Eingriff mit dem Ventilsitz 26 gelangt. Auf diese Weise wird der
Flüssigkeitsstrom zwischen dem Einlauf-Anschluß 23 und dem Auslauf-
Anschluß 24 abgesperrt.
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Bei dem oben beschriebenen bistabilen Magnetventil 2 kann es zu
folgender Störung kommen. Wenn die Netzspannung zusammenbricht,
während das Magnetventil 2 geöffnet ist (Wicklung 4 entregt nach dem
ersten Steuerungsimpuls für das Öffnen), verbleibt das Magnetventil 2 in
geöffneter Stellung, potentiell für unbestimmte Zeit Dieser kann die Gefahr
einer Überschwemmung des elektrischen Haushaltsgeräts mit sich bringen,
in das das Magnetventil 2 eingebaut ist, um die Einleitung des vom
Wasserleitungsnetz kommenden Wassers zu steuern.
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Dieser Nachteil kann dank der unter Bezugnahme auf das Schaltschema der
Fig. 1 weiter oben beschriebenen Lösung vermieden werden. Gemäß
dieser Figur enthält der Stromzuführungskreis einen Kondensator 12, der
bestimmungsgemäß während des Betriebs als Hilfs-Spannungsquelle dient.
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Wenn der Schalter 9 geschlossen wird, wird die Erregungswicklung 14 des
Umschalters 11 erregt und bewirkt, daß der bewegliche Kontakt 13 von
der ausgezogen dargestellten Lage in die gestrichelt dargestellte Lage
übergeht. Die positiven Halbwellen des Stroms können dann dem
Kondensator 12 und der Steuerwicklung 4 des Magnetventils 2 zufließen.
Der anfänglich entladene Kondensator verhält sich anfänglich wie ein
Kurzschluß. Die Steuerwicklung 4 wird erregt, und das bistabile
Magnetventil 2 öffnet sich. Sobald der Kondensator 12 aufgeladen ist,
verhält er sich im wesentlichen wie ein geöffneter Stromkreis und trennt
die Wicklung 4 des Magnetventils 2 von den Stromzuführungsenden 7 und
8 und somit vom Netz.
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Wenn die in die Leiterenden 7 und 8 des Stromkreises 3 eingespeiste
Spannung zusammenbricht, während das Magnetventil 2 geöffnet ist,
entregt sich die Wicklung 14 des Umschalters 11, und der bewegliche
Kontakt 13 geht in die in Fig. 1 ausgezogen dargestellte Stellung über.
Der Kondensator 12 wird nun unmittelbar mit der Wicklung 4 des
Magnetventils 2 gekoppelt und entlädt sich in diese, wodurch er in dieser
Wicklung einen Stromstoß auslöst, der bezogen auf die Richtung des
vorausgehenden Stromstoßes die umgekehrte Richtung hat und mit dem
Abbau der
in dem Kondensator 12 gespeicherten Ladung das automatische Schließen
des Magnetventils 2 bewirkt.
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Hierdurch wird der oben geschilderte Nachteil der bistabilen Magnetventile
in bequemer Weise ausgeschaltet.
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Zu bemerken ist, daß anstelle des Kondensators 12 jede beliebige andere
Hilfs-Spannungsquelle verwendet werden kann. Außerdem kann anstelle
des oben beschriebenen elektromechanischen Umschalters 11 jede
beliebige andere, an sich bekannte Umschalteinrichtung, insbesondere ein
elektronischer Solidstate-Umschalter, verwendet werden.
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Mit der oben beschriebenen Schaltung arbeitet der Stromkreis 3 in der
vorbeschriebenen Weise auch dann, wenn die an die Leiterenden 7 und 8
angelegte Speisespannung zusammenbricht, während das bistabile
Magnetventil 2 geschlossen ist, und der der Wicklung 4 zufließende
Stromstoß wegen ihrer Kopplung mit dem Kondensator 12 in der Praxis
keinerlei Wirkung erzeugt, da das Magnetventil bereits geschlossen ist.
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In Fig. 4 ist eine abweichende Ausführungsform gezeigt. Bei dieser Figur
wurden bereits beschriebenen Teilen und Bestandteilen wiederum die
gleichen Bezugszahlen zugeteilt.
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Bei der Ausführungsform nach Fig. 4 ist der selbstrückhaltende
Permanentmagnet 39 nicht im Inneren des Aufnahmerohrs 35, sondern
außerhalb von ihm angeordnet und wird von einem Mittelkörper 41 einer
Membran 42 getragen, deren Umfangsrand abdichtend zwischen einer
oberen Halbschale 43 und einer unteren Halbschale 44 eingespannt ist, die
insgesamt eine Kapsel bilden, die abdichtend mit dem oberen Ende des
Aufnahmerohrs 35 verbunden ist.
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Zwischen der Membran 42 und der unteren Halbschale 44 ist eine Kammer
45 mit veränderlichem Volumen ausgebildet, die über ein Anschlussteil 46
und eine nicht dargestellte in die Wasch- bzw. Spülkammer einer
Waschmaschine eintauchende Rohrleitung mit dieser Waschkammer in
Verbindung gesetzt werden kann. Die Anordnung ist derart, daß im
Gebrauch beim Anstieg des Wasserspiegels in der Waschkammer des
elektrischen Haushaltsgeräts, in die das Magnetventil 2 eingebaut ist, der
Luftdruck in der Kammer 45 der Kapsel 43, 44 ansteigt. Wenn der
Füllstand in der Waschkammer eine vorbestimmte Gefahrenmarke
übersteigt, vermag der Luftdruck in der Kammer 45 das Anheben der
Membran 42 und des dazugehörigen Permanentmagneten 39 zu bewirken.
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Die Magnetventilvorrichtung der Fig. 4 arbeitet im wesentlichen wie folgt.
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Solange der Wasserspiegel in der Wasch- bzw. Spülkammer des
elektrischen Haushaltsgeräts, in das das Magnetventil 2 eingebaut ist,
unterhalb der vorerwähnten Schwelle verbleibt, liegt der Permanentmagnet
39 an der Abschlusswand 36 des Aufnahmeraums 35 an. In diesem
Zustand vermag er als Rückhalteelement für den beweglichen Kern 37 und
den Verschlusskörper 38 in ihrer angehobenen Lage zu wirken, wenn das
Magnetventil geöffnet und der anfängliche Stromstoß (der das Öffnen des
Ventils ausgelöst hatte) abgeflaut ist.
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Wenn die vom Netz eingespeiste Spannung zusammenbricht, während das
bistabile Magnetventil 2 geöffnet ist, so bleibt dieses geöffnet, und der
Wasserstand in der Waschkammer steigt weiter an. Sobald dieser
Wasserstand die oben bezeichnete Gefahrenhöhe erreicht, bewirkt der
Luftdruck in der Kammer 45 das Anheben des Permanentmagneten 39. Die
Wirkung der Feder 40 ist dann hinreichend, um die Rückkehr des
beweglichen Kerns 37 und des Verschlusskörpers 38 in die abgesenkte,
den Ventilsitz 32 verschließende Stellung zu bewirken. Dies führt zum
Schließen des Magnetventils 2 und zur Unterbrechung des
Flüssigkeitsstroms zwischen seinem Einlauf-Anschluß 23 und seinem
Auslauf-Anschluß 24 im wesentlichen wie oben beschrieben.
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Die oben in Bezug auf Fig. 4 beschriebene Lösung vermag im übrigen das
automatische Schließen des Magnetventils 2 nicht nur nach einer
Unterbrechung der Speisespannung und dem Erreichen eines gefährlichen
Füllstands der Flüssigkeit in der Waschkammer auszulösen. Die Lösung
nach Fig. 4 ermöglicht es nämlich, das automatische Schließen des
Magnetventils 2 auch bei vorhandener Speisespannung zu bewirken,
beispielsweise in dem Fall, dass sich eine zufällige Unterbrechung des
Stromkreises zwischen den Einspeisungs-Leiterenden und der
Steuerwicklung 4 des Magnetventils oder eine Unterbrechung der
Kontinuität dieser Wicklung ergeben sollte. In diesem Fall könnte die
Wicklung 4 den Erregungsimpuls oder die Erregungsimpulse, die
bestimmungsgemäß das Schließen des Magnetventils auslösen sollen, nicht
empfangen. Sobald jedoch der Wasserstand in der Wasch- bzw.
Spülkammer die vorbestimmte Gefahrenschwelle übersteigt, würde die
Anhebung des Dauermagneten 39 in jedem Fall eintreten, um das
automatische Schließen des Magnetventils auszulösen.
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Selbstverständlich können bei gleichem Erfindungsgedanken die
Ausführungsformen und die Einzelheiten der Verwirklichung weitgehend
von dem beschriebenen und dargestellten Ausführungsbeispiel abweichen,
ohne daß deshalb der in den beigefügten Ansprüchen festgelegte
Erfindungsbereich verlassen wird.
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Die Vorrichtung enthält ein bistabiles, von einer Steuerwicklung
gesteuertes Magnetventil, einen Steuerkreis, der operativ mit einer
Energieeinspeisungsquelle verbunden ist und der Steuerwicklung des
Magnetventils einen ersten und einen zweiten Stromstoß zuzuleiten
vermag, um das Magnetventil zu öffnen bzw. zu schließen, und eine Erfassungs-
und Steuerungseinrichtung, die dem Magnetventil zugeordnet ist und einen
vorgegebenen operativen Gefahrenzustand dieses Ventils zu erfassen und
in diesem Fall sein erneutes automatisches Schließen zur Unterbrechung
des Fluidstroms auszulösen vermag.