DE19947958C1

DE19947958C1 - Magnetventil

Info

Publication number: DE19947958C1
Application number: DE19947958A
Authority: DE
Inventors: Uwe Storm
Original assignee: UNI GERAETE E MANGELMANN ELEKT
Current assignee: UNI GERAETE E MANGELMANN ELEKT
Priority date: 1999-10-06
Filing date: 1999-10-06
Publication date: 2001-06-21
Anticipated expiration: 2019-10-07
Also published as: WO2001025659A1; CA2386581A1; CA2386581C; US6712332B1; AU773838B2; AU1691201A

Abstract

Ein Magnetventil, an dessen beweglichen Magnetanker der von einer Rückstellfeder belastete Ventilteller angebracht ist und dessen Magnetspule eine Anzugswicklung (9.1) hoher elektrischer Leistung (a) zum Öffnen oder (b) zum Schließen des Ventils und eine Haltewicklung (9.2) aufweist, deren Leistung so ausgelegt ist, um (a) bei geöffnetem Ventil den Ventilteller (3) in der vom Ventilsitz (1.1) abgegebenen Stellung oder (b) bei geschlossenem Ventil den Ventilteller in der gegen den Ventilsitz anliegenden Stellung zu halten, ist dadurch gekennzeichnet, daß ein Kondensator (C) vorgesehen ist, der durch eine anliegende Netzspannung aufladbar ist und (a) zum Öffnen oder (b) zum Schließen des Magnetventils kurzzeitig an die Anzugswicklung (9.1) anschließbar ist.

Description

Die Erfindung betrifft ein Magnetventil gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Bei derartigen Magnetventilen umfaßt die Magnetspule eine Anzugswicklung und eine Halte wicklung mit Mittelanzapfung. Die Anzugswicklung muß mit einer hohen elektrischen Leistung ausgelegt sein, um zum Öffnen oder Schließen des Magnetventils den Magnetanker und damit den Ventilteller mit erheblichem Kraftaufwand in Öffnungs- oder Schließrichtung des Ventils zu beaufschlagen. Nach dem Öffnen oder Schließen des Ventils erfolgt eine Umschaltung auf Halteleistung, die ausreicht, um den Ventilteller in seiner Öffnungs- oder Schließposition zu halten. In der ein solches Magnetventil behandelnden DE 43 07 878 A1 wird davon berichtet, daß es aus der DE 38 24 545 A1 bei einer kontaktlosen Schaltungsanordnung bekannt ist, in die Zuleitung zur Spule eine Parallelschaltung von einem Kondensator und einem Widerstand zuzuschalten, wodurch sich beim Einschalten, d. h. für die Anzugsphase, kurzzeitig entspre chend der Kondensatorkapazität eine deutliche Erhöhung des Einschaltstromes ergibt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Magnetventil zu schaffen, bei dem mit einfachen Mitteln die elektrische Steuerleistung insbesondere beim Öffnen und Schließen des Magnetventils herabgesetzt werden kann.

Zur Lösung dieser Aufgabe dienen die Maßnahmen gemäß dem Kennzeichen des Anspruchs 1. Damit ist es möglich, mit einfachen schaltungstechnischen Mitteln ein zuverlässiges Öffnen bzw. Schließen des Magnetventils zu gewährleisten, indem der Anzugsstrom bzw. die Anzugs leistung in Abhängigkeit von der mechanischen Konstruktion des Magnetventils entweder beim Öffnen des Ventils oder beim Schließen desselben dem Kondensator entnommen wird, wäh rend anschließend dem angeschlossenen Verbrauchsnetz nur noch ein geringer Haltestrom ent nommen werden muß. Für die Zeit der Kondensatoraufladung wird dabei noch zusätzlich ein geringer Ladestrom benötigt, der nach Aufladung des Kondensators wieder entbehrlich ist.

Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung sind in den Ansprüchen 2 und 3 behandelt.

Im folgenden werden anhand der beigefügten Zeichnungen Ausführungsbeispiele des erfin dungsgemäßen Magnetventils näher erläutert. In den Zeichnungen zeigen:

Fig. 1 eine Querschnittsansicht einer ersten Ausführungsform eines Magnetventils;

Fig. 2 ein Prinzipschaltbild der Steuereinrichtung zur Ansteuerung des Magnetventils;

Fig. 3 eine Querschnittsansicht einer zweiten Ausführungsform eines Magnetventils.

Das in Fig. 1 dargestellte Magnetventil von in mechanischer Hinsicht an sich üblicher Bauart umfaßt im wesentlichen folgende Einzelteile:

Bezugszeichenliste

1. 1 Ventilgehäuse
2. 1.1 Ventilsitz
3. 2 Ventiltellerdichtung
4. 3 Ventilteller
5. 4 Ventiltellerschaft
6. 5 Ventilteller-Rückstell-Druckfeder
7. 5.1 Zwischenstück
8. 6 Magnetsystemsockel
9. 7 Magnetgehäuse
10. 8 am Ventiltellerschaft befestigter Magnetanker
11. 9 Magnetspule
12. 10 Magnetjoch
13. 11 Verbindungsbolzen
14. 12 Magnetgehäusedeckel
15. 13 Deckelschraube
16. 14 Magnetspulenanschlüsse - schem. dargestellt
17. 15 elektronische Steuereinrichtung

Die Strömungsrichtung durch das Ventilgehäuse 1 ist durch den Pfeil angegeben, derart, daß das Ventil im stromlosen Zustand durch den auf den Ventilteller 3 einwirkenden Strömungsmitteldruck in der Schließstellung gehalten wird.

Gemäß Fig. 2 umfaßt die Magnetspule 9 eine Anzugswicklung 9.1 und eine Haltewick lung 9.2 mit Mittelanzapfung. Die Anzugswicklung 9.1, die für eine hohe elektrische Leistung ausgelegt ist, dient dazu, den Magnetanker 8 und damit den Ventilteller 3 zum Öffnen des Ventils nach oben zu ziehen. Danach wird auf die Haltewicklung 9.2 umge schaltet, die mit einer geringeren elektrischen Halteleistung ausgelegt ist, die ausreicht, um den Ventilteller 3 in seiner Öffnungsstellung zu halten. Zum Schließen des Ventils wird die Haltewicklung 9.2 in den stromlosen Zustand gebracht, so daß die Druckfeder 5 über das Zwischenstück 5.1 den Ventilschaft 4 und damit den Ventilteller 3 nach unten bewegt, um den Ventilteller 3 gegen den Ventiltellersitz 1.1 zur Anlage zu bringen.

Die an das Netz (z. B. 24 V DC) angeschlossenen bzw. anschließbaren Klemmen L+/L- sind über entsprechende Leitungsabschnitte an den DC/DC-Wandler G1 zum Aufladen eines Kondensators C (z. B. 15000 µ F-50 V) angeschlossen. Die Klemme L+ ist weiterhin an einen zur Anzugswicklung 9.1 führenden Leitungszweig angeschlossen, in dem ein Relaisschalter K2 liegt. Die Klemme L- ist an den zur Haltewicklung 9.2 führenden Leitungszweig angeschlossen, in dem ein Relaisschalter K4' liegt. Der Kondensator C2-5 ist zum Zwecke der Kondensatoraufladung über im Einzelnen nicht dargestellte Regel- und Steuerglieder einerseits an den Wandler G1 und zum anderen an den den Relaisschaler K2 enthaltenden Leitungszweig und an den zwischen den beiden Wicklungen 9.1 und 9.2 liegenden Mittel anzapfungszweig anschließbar, der einen Relaisschalter K4 und eine Diode D2 enthält. Die Betätigung des Magnetventils wird über eine an das Netz angeschlossene Klemme LS iniziiert, um die Relaisschalter K2 und K4/K4' zu betätigen, wobei den beiden Relaisschalter K4, K4' ein Zeitglied T zugeordnet ist.

Die im Bereich der Klemmen L+/L-/LS angedeuteten Dioden D3 und D4 sollen einen Anstieg der Induktionsspannung im Netz verhindern, d. h. sie dienen als Schutz gegen eine Überspannung im Netz.

Bei geschlossenem Magnetventil sind die Relaisschalter K2 und K4' geöffnet, während der in dem Mittelanzapfungs-Leitungszweig liegende Relaisschalter K4 geschlossen ist. Die beiden Relaisschalter K4 und K4' sind so miteinander gekoppelt, daß beim Öffnen des Relaisschalters K4 der Relaisschalter K4' geschlossen wird und umgekehrt.

Während dieser Schließstellung des Magnetventils wird durch eine ständig an den Klemmen L+/L- anliegende Netzspannung der Kondensator C über den dazwischen geschalteten DC/DC-Wandler G1 aufgeladen, und nach vollständiger Aufladung des Kon densators wird der Wandler G1 deaktiviert. Bei Unterschreitung der unteren Konden sator-Spannungsgrenze, z. B. durch Selbstentladung, wird der Wandler G1 automatisch aktiviert, so daß der Kondensator wieder auf seinen vorgegebenen Spannungswert auf geladen wird, wie es z. B. in der DE 43 25 578 A1 beschrieben ist.

Zum Öffnen des Magnetventils wird über die an die Klemme LS angeschlossene Steuer leitung a der Relaisschalter K2 geschlossen, wodurch der entsprechend geschaltete Kondensator C2-5 über die Anzugswicklung 9.1 entladen wird, so daß die mit einer hohen elektrischen Leitung ausgelegte Anzugswicklung 9.1 den Magnetanker nach oben zieht und damit das Ventil öffnet. Gesteuert durch das Zeitglied T werden nach einer Verzögerungszeit von etwa 0,5 bis 1 Sekunde die miteinander gekoppelten Relais schalter K4/K4' derart umgeschaltet, daß der Relaisschalter K4 geöffnet und der Relaisschalter K4' geschlossen wird. Damit sind die beiden Wicklungen 9.1 und 9.2 in Reihe geschaltet und werden über die Klemmen L+/L- mit dem eine geringere Leistung aufweisenden Haltestrom beaufschlagt, der ausreicht, den Ventilteller über den Magnetanker 8 in der Öffnungsstellung zu halten. Während dieser Zeit wird der Kondensator C wieder von dem Mittelanzapfungs-Leitungszweig und dem zur Anzugswicklung 9.1 führenden Leitungszweig getrennt und nach entsprechender Umsteuerung wieder in der oben beschriebenen Weise aufgeladen.

Bei geöffnetem Magnetventil sinkt somit die dem Gleichstrom-Netz entnommene Leistung auf den Wert der Haltewicklung, wobei während der Zeit der erneuten Kondensatoraufladung ein zusätzlicher geringer Ladestrom von ca. 0,1 bis 0.4 A benötigt wird. Die einzelnen Komponenten sind so ausgewählt, daß die Kondensatoraufladungszeit beispielsweise etwa 30 Sekunden beträgt.

Zum Schließen des Magnetventils erfolgt über die Klemme LS und die Steuerleitung a eine Umschaltung in den Ursprungszustand, d. h. die Schalter K2 und K4' werden geöffnet und der Schalter K4 wird geschlossen, so daß der Ventilteller 3 von der Druckfeder 5 in die Schließstellung verstellt werden kann.

Der Vorteil der erfindungsgemäßen Lösung liegt trotz hoher Anzugsleistung während der Anzugszeit in der sehr geringen Gesamt-Stromaufnahme. Im Vergleich zu einer kon ventionellen Ansteuerung über eine Relais- oder Schutzschaltung kann die elektrische Zuleitung wesentlich kleiner dimensioniert werden. Ebenfalls können aufgrund der deutlich geringeren Stromaufnahme Magnetantriebe mit Kondensatoraufladung in größerer Anzahl gleichzeitig geschaltet werden, ohne daß das Verbrauchsnetz stärker belastet wird. Ein weiterer Vorteil der Erfindung liegt darin, daß Magnetspulen in wesent lich kleinerer Bauform aber mit verbesserten elektrischen Eigenschaften eingesetzt werden können.

Da nur kurzzeitig eine hohe Anzugsleistung benötigt wird, findet auch nur eine geringere Erwärmung der Anzugswicklung statt; im Dauerbetrieb wird nur eine deutlich geringere Halteleistung gebraucht, wodurch durch Aufheizung der Spule bedingte Leistungsverluste minimiert werden. Hieraus ergeben sich deutlich geringere Abweichungen zwischen dem Betriebsstrom einer kalten Spule und dem Betriebsstrom einer bereits aufgeheizten Spule.

Fig. 3 zeigt ein Magnetventil mit folgenden Einzelteilen:

Bezugszeichenliste

1. 1a Ventilgehäuse
2. 1.1a Ventilsitz
3. 2a Ventiltellerdichtung
4. 3a Ventilteller
5. 4a Ventiltellerschaft
6. 5a Druckfeder
7. 5.1a Zwischenstück

sowie ein Magnet- und Magnetsteuersystem gemäß den

Fig.

1 und 2.

Bei dem in Fig. 3 dargestellten Magnetventil wird, wie dargestellt, der Ventilteller 3a durch den Druck des in Pfeilrichtung fa strömenden Mediums und/oder der Druckfeder 5a in der Öffnungsstellung gehalten. Das Schließen des Ventils erfolgt hier in ähnlicher Weise wie das Öffnen des in Fig. 1 dargestellten Ventils, und dieser Schließzustand wird solange mittels der Haltewicklung 9.2 beibehalten bis

- entweder der Strömungsmitteldruck zusammen mit der Kraft der Druckfeder 5a größer wird als die magnetische Haltekraft der Haltewicklung 9.2 oder
- bis durch entsprechende Umsteuerung die Schalter K4' und K2 geöffnet und der Schalter K4 geschlossen wird, wodurch das Ventil bzw. dessen Magnetspule stromlos wird, so daß die über den Ventilschaft 4a auf den Ventilteller 5a einwirkende Druckfeder und/oder durch den auf den Ventilteller 3a einwirkenden Strömungs mitteldruck das Ventil geöffnet wird.

Claims

1. Magnetventil, an dessen beweglichen Magnetanker der von einer Rückstellfeder be lastete Ventilteller angebracht ist und dessen Magnetspule eine Anzugswicklung (9.1) hoher elektrischer Leistung (a) zum Öffnen oder (b) zum Schließen des Ventils und eine Haltewicklung (9.2) aufweist, deren Leistung so ausgelegt ist, um (3) bei geöffnetem Ventil den Ventilteller (3) in der vom Ventilsitz (1.1) abgehobenen Stellung oder (b) bei geschlossenem Ventil den Ventilteller in der gegen den Ventilsitz anliegenden Stellung zu halten, dadurch gekennzeichnet, daß die Magnetspule (9) aus einer Anzugswicklung (9.1) und einer Haltewicklung (9.2) mit Mittelanzapfung besteht und daß der Kondensator (C) zum Öffnen/Schließen jeweils an den zur Anzugswicklung (9.1) führenden Leitungszweig und an den Mittel-Anzugszweig anschließbar ist, und daß dem Kondensator (C) ein Gleich strom/Gleichstrom-Wandler (G1) vorgeschaltet ist, derart, daß der Kondensator (C) zwischen einem an den Wandler (G1) angeschlossenen Zustand und einem an die Abzugswicklung (9.1) angeschlossenen Zustand umschaltbar ist.

2. Magnetventil nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch ein Zeitglied (P) zum Umschalten aus dem Anzugsstrombetrieb in den Haltestrombetrieb, bei dem die Anzugswicklung (9.1) und die Haltewicklung (9.2) in Reihe liegend und der Mittelanzapfungs-Leitungszweig unterbro chen ist.